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超强激光科学卓越创新简报

(第五百九十七期)

2025年1月24日

上海光机所在强场太赫兹对砷化镓偶次谐波调控研究方面取得新进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在强场THz脉冲对GaAs偶次谐波调控研究方面取得新进展。相关研究成果以 “Terahertz modulation of even-order polarization in GaAs” 为题发表在IEEE photonics Journal上。

近年来，THz技术在产生和应用两个方面均得到快速发展。在产生方面，除了传统的光整流技术，激光空气成丝，激光丝波导诱导的等离激元辐射等新型手段也在不断发展。THz脉冲已经成为物质调控方面研究的一个重要工具。相比于直流电场，激光脉冲等调控手段，强场THz脉冲能够在超快尺度上对研究对象的物理性质进行调控，也不会造成损伤。在之前的研究中实现了强场THz脉冲对Si、SiO2等具有中心对称性的晶体样品的调控，并利用其偶次谐波的时域变化对其相关性质进行研究。

本项工作中，研究人员报告了利用强太赫兹场对砷化镓晶体对称性的超快调制，证明了强太赫兹场可以在超快时间下操纵非中心对称晶体的偶阶谐波。此外，通过对具有固有偶阶极化晶体（GaAs）受到THz脉冲调控时的偶阶谐波变化进行观察和分析，研究了太赫兹脉冲诱导的偶阶极化与晶体固有偶阶极化之间的关系，发现偶阶谐波的产生可以根据太赫兹电场的方向来实现增强或抑制，并据此分析了本征偶阶非线性与太赫兹诱导偶阶非线性之间的相互干涉。这项研究为超快全光学晶体的对称性控制提供了一种新方法，有望应用于高次谐波的产生、光学频率转换、太赫兹电场测量以及晶体光学参数的确定。

相关工作得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金项目、中国科学院基础研究青年团队等支持。

原文链接

图1. 强场太赫兹波的产生及物质调控信号测量装置 (a)实验光路；(b)泵浦光光谱；(c)太赫兹频谱。

图2. THz脉冲那个偏振方向发生改变时，GaAs产生的二次谐波信号与四次谐波信号随偏振角度的变化 (a)二次谐波；(b)四次谐波

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