1 北京航空航天大学电子信息工程学院，北京 100191
2 电子科技大学物理学院，四川 成都 611731
3 中国科学院物理研究所，北京 100191
4 张江实验室，上海 201210
基于自旋电子材料的太赫兹（THz）发射器具有高效率、超宽带、低成本、易集成等许多独特优势，不仅能够应用在高重复频率激光振荡器驱动的THz时域光谱仪上，而且在高能飞秒激光放大器驱动下能够产生强场THz电磁脉冲，在THz谱学成像、强场THz物理等方面已展现出重要的应用价值。然而，以往基于自旋电子产生THz电磁波的辐射机理和器件研制方面的工作均基于远场THz时域光谱技术，得到的结果是对泵浦激光光斑作用面积的THz发射信息的平均，无法给出材料在微纳尺度上的超快自旋电流以及THz发射性能方面的有用信息。本工作采用光纤飞秒激光器驱动的超快THz散射型扫描近场光学显微成像技术，研究了铁磁异质结材料钨/钴铁硼/铂（W/CoFeB/Pt）在纳米空间尺度下的自旋电子太赫兹发射性能，在横向百纳米尺度上获得了高信噪比的自旋电子THz发射，为纳米空间分辨上实现THz频率的超快自旋电流的产生、探测、操控等提供了新方法，对超快THz自旋光电子学的发展有一定的参考价值。
激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0325001
Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic Information Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
2 Institute of Modern Optics, Nankai University, Tianjin 300350, China
Terahertz (THz) lenses have numerous applications in imaging and communication systems. Currently, the common THz lenses are still based on the traditional design of a circular convex lens. In this work, we present a method for the design of a 3D-printed multilevel THz lens, taking advantage of the benefits offered by 3D printing technology, including compact size, lightweight construction, and cost-effectiveness. The approach utilizes an inverse design methodology, employing optimization methods to promise accurate performance. To reduce simulation time, we employ the finite-difference time-domain method in cylindrical coordinates for near-field computation and couple it with the Rayleigh–Sommerfeld diffraction theory to address far-field calculations. This technology holds great potential for various applications in the field of THz imaging, sensing, and communications, offering a novel approach to the design and development of functional devices operating in the THz frequency range.
THz lens 3D printing achromatic lens THz communication Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 110006
1 北京航空航天大学电子信息工程学院，北京 100191
2 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室，北京 100190
3 北京航空航天大学网络空间安全学院，北京 100191
4 北京航空航天大学微波感知与安防应用北京市重点实验室，北京 100191
强场太赫兹（THz）时域光谱技术在强场THz科学技术与应用中具有重要作用，材料、物理、化学、生物等领域诸多涉及强场THz与物质强非线性相互作用的研究都离不开强场THz时域光谱技术。然而，受限于高效率、高光束质量、高稳定性、高重复频率强场THz辐射源的性能，强场THz时域非线性光谱技术发展缓慢。针对强场THz非线性光谱技术及其潜在应用中存在的难题与挑战，在商用kHz钛宝石激光器的驱动下，笔者设计并实现了一套基于铌酸锂倾斜波前技术产生强场THz的高度集成化时域光谱系统。在3 mJ激光能量泵浦下，利用该系统在室温下实现了单脉冲能量为6.5 μJ、峰值场强约为350 kV/cm的THz强场产生，该系统具备强场THz非线性光谱测试、THz泵浦‑THz探测、光泵浦‑THz探测、THz发射谱测量等多种超快时间分辨测量功能，是研究强场THz非线性效应的有效实验手段。
超快光学 强场THz辐射 铌酸锂 非线性光谱 泵浦‑探测 中国激光
2023, 50(17): 1714012
中国激光
2023, 50(17): 1700101
北京航空航天大学电子信息工程学院, 北京 100191
太赫兹是电磁频谱上还未被完全开发利用的频段, 但太赫兹谱学成像技术在材料科学和器件测试等方面已展现出重要应用价值。然而受远场衍射极限限制, 该频段难以聚焦于纳米、原子尺度的新材料和微纳器件中, 极大阻碍了太赫兹科学的发展与技术应用。为提高成像分辨率, 使其成为材料科学等交叉领域强大的研究工具, 近年诞生了太赫兹耦合的近场显微技术, 实现了纳米到埃米量级的空间分辨。本文综述了太赫兹耦合的近场显微技术, 包括扫描近场显微镜和扫描隧道显微镜各自的发展历程和应用实例, 并探讨了太赫兹近场显微技术的未来机遇和挑战。
近场显微技术 太赫兹 原子力显微镜 扫描隧道显微镜 near-field microscopy terahertz atomic force microscopy scanning tunneling microscopy
1 北京航空航天大学电子信息工程学院，北京 100191
2 北京航空航天大学微波感知与安防应用北京市重点实验室，北京 100191
3 北京航空航天大学网络空间安全学院，北京 100191
高能强场太赫兹(THz)激光在量子材料物态调控、全光电子加速、生物医疗等方面拥有重要的应用价值。高效率、高光束质量、高稳定性(简称“三高”)的强场THz光源的缺乏极大阻碍了强场THz科学与应用的发展。基于飞秒激光抽运铌酸锂晶体通过倾斜波前技术产生高能强场THz辐射是突破上述“三高”强场THz光源的有效途径之一。回顾了铌酸锂倾斜波前技术的发展历程，从理论原理、实验方法、应用实例等三个方面综述了国内外铌酸锂强THz源及其应用现状，阐述了北京航空航天大学近五年与国内外高校院所合作实现的铌酸锂THz强源及其应用重要进展。
超快光学 强场太赫兹辐射 铌酸锂 倾斜波前 飞秒激光 中国激光
2022, 49(19): 1914001
1 西安建筑科技大学机电工程学院，陕西 西安 710055
2 清华大学深圳国际研究生院广东省偏振光学检测与成像工程技术研究中心，深圳市无损监测与 微创医学技术重点实验室，光学检测与成像研究所，广东 深圳 518055
3 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究中心，广东 深圳 518055
光声成像技术（PAT）通常将生物组织对光的吸收系数视为标量，然而大多数生物组织具有各向异性，对不同偏振态的光的吸收系数是不同的，这限制了光声成像技术在一些有偏振需求的临床诊疗中的应用。基于此，设计了一种基于光纤引导的激发光手持偏振角度可调的光声计算层析成像（PACT）探头，并搭建了偏振PACT系统，旨在为术中偏振组织检测提供影像学依据。激发光由非保偏光纤引导传输，经过一系列透镜整形后，由起偏器起偏并用半波片调节激发光的偏振角度进行声信号的激发。实验中，通过对不同光轴方向和位于散射介质不同深度偏光片进行多次偏振光声成像实验，成功地实现偏光片的光轴方向检测和深度成像。此外，通过使用两个正交偏振角度的激发光对牛肌腱进行光声成像，成功地提取了牛肌腱的结构信息，验证了所设计的手持偏振光声成像探头及偏振PACT系统的成像能力和各向异性检测性能，有望为具有各向异性生物组织（如神经和肌腱）的术中诊断和治疗提供影像学依据。
医用光学 生物医学成像 光声成像 手持 偏振光 各向异性 激光与光电子学进展
2022, 59(8): 0817001
1 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学物理学院, 北京 100049
3 北京航空航天大学电子信息工程学院, 北京 100191
4 德州仪器(中国)有限公司北京办事处, 北京 100190
5 松山湖材料实验室, 广东 东莞 523808
报道了一种基于发光二极管(LED)的强脉冲场太赫兹相机,其工作原理是皮秒脉宽的强场太赫兹辐照到LED之后,当太赫兹电场强度大于50 kV/cm时,由于碰撞电离效应,LED两端会产生纳秒脉宽的光伏信号。利用此效应成功制备了扫描式和阵列式的LED太赫兹相机,并捕捉到了由铌酸锂倾斜波前技术产生的强场太赫兹焦斑。该相机有成本低、信号强、响应快、成像面积大等特点,并会为发展基于强场非线性效应的太赫兹成像技术提供新思路。
成像系统 发光二极管 强脉冲场太赫兹 倾斜波前 太赫兹成像 光学学报
2021, 41(24): 2411002
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
2 School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 School of Electronic and Information Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
4 Songshan Lake Materials Laboratory, Dongguan 523808, China
5 CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai 201800, China
We propose a spatial diffraction diagnostic method via inserting a millimeter-gap double slit into the collimated terahertz beam to monitor the minute variation of the terahertz beam in strong-field terahertz sources, which is difficult to be resolved in conventional terahertz imaging systems. To verify the method, we intentionally fabricate tiny variations of the terahertz beam through tuning the iris for the infrared pumping beam before the tilted-pulse-front pumping setups. The phenomena can be well explained by the theory based on the tilted-pulse-front technique and terahertz diffraction.
spatial diffraction diagnostic method strong-field terahertz sources tilted-pulse-front pumping terahertz diffraction Chinese Optics Letters
2021, 19(5): 051901
Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic and Information Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
2 Beijing Key Laboratory for Microwave Sensing and Security Applications, Beihang University, Beijing 100191, China
High-resolution frequency-domain spectroscopy (FDS) is set up using a coherent and continuous wave terahertz (THz) emitter and receiver. THz waves are generated and detected by two photomixers with two distributed feedback (DFB) lasers. Atmospheric water vapor with different relative humidity is systematically investigated by the FDS. A high-frequency resolution of ～14 MHz is obtained with the help of Hilbert transformation, leading to a well resolved and distinct transmittance characterization of water vapor. Compared with conventional THz time-domain spectroscopy, the high-resolution continuous wave THz spectrometer is one of the most practical systems in gas-phase molecular sensing, identification, and monitoring.
300.6495 Spectroscopy, teraherz 010.7340 Water 010.0280 Remote sensing and sensors Chinese Optics Letters
2019, 17(7): 073001
