Colliding of two counter-propagating laser pulses is a widely used approach to create a laser field or intensity surge. We experimentally demonstrate broadband coherent terahertz (THz) radiation generation through the interaction of colliding laser pulses with gas plasma. The THz radiation has a dipole-like emission pattern perpendicular to the laser propagation direction with a detected peak electric field 1 order of magnitude higher than that by single pulse excitation. As a proof-of-concept demonstration, it provides a deep insight into the physical picture of laser–plasma interaction, exploits an important option to the promising plasma-based THz source, and may find more applications in THz nonlinear near-field imaging and spectroscopy.

Ultra-broadband, intense, coherent terahertz (THz) radiation can be generated, detected, and manipulated using laser-induced gas or liquid plasma as both the THz wave transmitter and detector, with a frequency coverage spanning across and beyond the whole “THz gap.” Such a research topic is termed “plasma-based THz wave photonics in gas and liquid phases.” In this paper, we review the most important experimental and theoretical works of the topic in the non-relativistic region with pump laser intensity below 1018W/cm2.

作为生活中最常见的液体,液态水在学术研究中具有重要的地位。但由于水对太赫兹辐射具有极大的吸收系数,长期以来它并不被视为一种合适的太赫兹辐射源。不过近年来已经有研究团队在实验上证实了飞秒激光激励液态水产生太赫兹波的可行性,并且针对这一现象机制的相关理论模型也已被提出。由此可见,对该领域的现有研究成果进行总结,对水乃至其他液体作为辐射源产生太赫兹波的研究是具有重要意义的。对液态水中太赫兹波产生这一研究领域近些年的发展进行概述,包括两种不同的液态水辐射源系统方案的实验设计、与产生的太赫兹波能量有关的因素、相关理论模型的设计思路。最后结合自身理解与当前的研究成果,对这一领域的未来发展方向进行展望。

高功率激光器的建造需要大量的高精度光学平板,其波前检测一般采用相移干涉技术。由于测试光在光学平板内的多次反射,存在由寄生干涉导致的死条纹现象。死条纹会在波前检测结果中引入周期性相位噪声,极大降低了波前检测结果的置信度。针对该问题,提出了一种基于小波变换的降噪方法,可根据死条纹噪声特征对波前检测结果进行降噪,不需要额外硬件或调整测试状态。实验结果表明,该方法可以有效滤除死条纹引入的相位噪声,且能很好地保留加工特征。

针对大口径非球面透镜透射波前检测,提出了采用计算全息元件(CGH)作为光路相位补偿元件进行检测的方法。大口径非球面透镜透射波前通常采用球面干涉仪进行检测,为了达到零位检测的目的,在光路中往往需要加入相位补偿元件以补偿高阶像差(HOA)。传统的折射式相位补偿元件的精度溯源比较困难,导致检测数据缺乏可信度。将CGH作为相位补偿元件可达到零位检测的目的。针对大口径非球面透镜的透射波前检测,设计并加工了相应的CGH作为相位补偿元件,并与传统的折射式补偿元件进行了对比测试。测试结果表明:两种相位补偿方法的测试数据具有良好的一致性,峰谷(PV)值的差值为0.034λ(λ为检测光的波长),均方根(RMS)值的差值为0.006λ,因此CGH作为相位补偿元件具有相当高的测试精度。

为实现大口径光学元件波前功率谱密度(PSD)的高精度、低成本检测,提出了一种将干涉与拼接技术结合的检测方法。推导了波前PSD的计算方法,提出了基于相关匹配的子孔径拼接算法,分析了拼接干涉检测的误差来源。对拼接检测算法进行了仿真验证,结果表明,拼接检测的波前畸变峰谷值(d_pv)与PSD的均方根值(P_RMS)的相对偏差分别为1.2%和0.1%。采用口径为620 mm×450 mm光学元件开展了5次拼接检测实验,比较了拼接检测与全口径直接检测结果,两者分布一致, d_pv偏差不大于0.012λ(λ=632.8 nm),P_RMS偏差不大于0.03 nm,表明该算法稳定可靠,可实现大口径光学元件波前PSD的拼接检测。