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[转载]往期回顾:美国罗切斯特大学张希成教授课题组太赫兹虚拟专辑

已有 293 次阅读 2020-7-31 09:05 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

     2020年7月10日晚光子学公开课第一期上,罗切斯特大学的张希成教授做了题为“THz Liquid Photonics”精彩报告。张教授深入浅出地介绍了基本的THz波技术及其应用,讲授了THz液体光子学的最新方法,介绍了他所领导的课题组在水、液氮和液态鎵中产生THz波的探索。在蔻享和B站平台上共有约3万人聆听了张教授的这期生动有趣的公开课,相信无论是不是从事THz研究的人都从这期公开课中受益匪浅。

      本期关注张教授领导的课题组在Frontiers of Optoelectronics期刊发表的7篇文章,包括5篇堪称“教科书式”的综述文章和2篇深入系统的研究性论文。



● 综述|环形Airy光束诱导等离子体THz波产生及THz辐射增强荧光发射远程探测的研究进展


本文介绍了典型的宽带THz波产生和探测技术,以及为克服THz遥感技术实际困难而发展起来的各种THz空气光子学技术,在此基础上重点回顾了课题组在通过调控产生和探测媒介——空气等离子体提高远程THz产生和探测性能方面所做的理论和实验研究工作。文章不仅可以加深我们对等离子体与THz波的相互作用和THz空气光子学的理解,也证明了THz技术用于远程光谱测量的光明前景。


Terahertz wave generation from ring-Airy beam induced plasmas and remote detection by terahertz-radiation-enhanced-emission-of-fluorescence: a review 

Kang LIU, Pingjie HUANG, Xi-Cheng ZHANG

Front. Optoelectron.    2019, 12 (2): 117-147.   https://doi.org/10.1007/s12200-018-0860-7


● 综述|气体中脉冲THz波的产生和检测:从细长等离子体到微等离子体


本文介绍了一种实现THz等离子体技术的新范例:用亚毫米等离子体代替从几毫米到几厘米的细长等离子体,这种亚毫米等离子体被称为微等离子体,它是通过用高数值孔径的光学透镜(NA从0.1到0.9)聚焦超快激光脉冲获得的。在微等离子体THz源的研究中,一个有趣的发现是THz波发射的主方向与激光的传播方向几乎正交,这与细长等离子体不同。该项研究最重要的成果是证明了低于1兆焦耳的激光脉冲能量足以从环境空气中产生可测量的THz脉冲,与现有技术相比,所需的激光能量需求降低了两个数量级。在微等离子体THz辐射探测方面,本文所给出的实验结果看看做是理解微等离子体THz传感器特性的第一步。


Generation and detection of pulsed terahertz waves in gas: from elongated plasmas to microplasmas 

Fabrizio BUCCHERI, Pingjie HUANG, Xi-Cheng ZHANG

Front. Optoelectron.    2018, 11 (3): 209-244.   https://doi.org/10.1007/s12200-018-0819-8


● 综述|THz波抗反射的实现


阻抗失配引起的不希望的反射会导致显著的功率损失和其他不需要的效应。在THz波段,抗反射的方法已经从简单的1/4波长抗反膜发展到复杂的超材料器件和光子结构。为了说明THz波抗反射技术的进展,文章从单层1/4波长抗反膜和吸收性金属抗反膜开始,然后继续讨论更先进的方法,如多层薄膜、超材料器件和亚波长结构。最后,文章聚焦于梯度折射率光子结构,讨论它的起源、制作以及基于THz空气偏置相干探测(THz-ABCD)技术的抗反射性能评估。


Anti-reflection implementations for terahertz waves 

Yuting W. CHEN, Xi-Cheng ZHANG

Front. Optoelectron.    2014, 7 (2): 243-262.   https://doi.org/10.1007/s12200-013-0377-z


● 研究论文|宽带THz光谱技术在半导体非线性动力学中的应用


随着大功率半导体纳米器件的发展,THz波段半导体材料的非线性引起了人们的广泛关注。然而,在高场THz瞬态过程中有关载流子动力学的物理基础仍然是模糊的。本文介绍了一种超快、时间分辨的THz泵浦/THz探测方法,用于研究半导体的非线性特性。在亚皮秒时间尺度上观察了掺杂InAs的两种机制,即谷间散射和碰撞电离的载流子动力学。此外,还对强THz脉冲驱动的极化子调制进行了实验和理论研究。观察到的极化子动力学证实了高能电子和声子场之间的相互作用。与文献报道光学声子的响应不同,本文探讨了声学声子的调制。对强场与固体材料相互作用的进一步认识将促进半导体器件的发展。


Application of broadband terahertz spectroscopy in semiconductor nonlinear dynamics 

I-Chen HO, Xi-Cheng ZHANG

Front. Optoelectron.    2014, 7 (2): 220-242.   https://doi.org/10.1007/s12200-014-0398-2


● 研究论文|利用宽带THz波的遥感


本文研究了用于THz波段短脉冲电磁辐射遥感的激光空气光子学。通过激光电离过程,空气能够产生大于1 mv/cm的THz场强、100 THz以上的有效带宽和高度定向的THz波发射。在电离和等离子体形成之后,发射的等离子体声波或荧光可以通过外部THz场进行调制,从而可以用作全方位、宽带的电磁传感器。光声发射、光致发光以及对电离空气中电子运动的控制被用来克服现有传感器的局限性,有助于缩小电学频率和光学频率之间曾经存在的“THz间隙”,为扩大THz波技术的有效范围提供了新的途径。实验结果证明了宽带THz波的远程相干检测是可行的。这项研究将推动THz场强和带宽、光谱学关键应用、材料非侵入性检测和成像的发展。


Toward remote sensing with broadband terahertz waves 

Benjamin CLOUGH, Xi-Cheng ZHANG

Front. Optoelectron.    2014, 7 (2): 199-219.   https://doi.org/10.1007/s12200-014-0397-3


● 综述|THz辐射增强荧光发射


THz波科学技术在生物医学成像、安全筛选和无损检测等领域的应用越来越广泛。然而,由于环境中水蒸气具有较强的吸收,远程露天宽带THz光谱技术的发展远远落后于国土安全、天文和环境监测等领域的迫切需求。此外,THz波与对电磁波有强烈响应的激光诱导等离子体之间相互作用的物理机制尚未完全了解。本文介绍了THz波与等离子体相互作用的物理基础,采用半经典理论解释了THz波段光与等离子体的相互作用,介绍了单周期THz脉冲照射下飞秒激光诱导氮等离子体荧光的实验研究。结果表明,THz辐射增强荧光发射(THz-REEF)主要受THz场电子动力学和气体分子/离子的电子碰撞激发控制,利用偏置作为本振,可以从单色激光诱导等离子体的时间分辨THz-REEF中恢复时变THz场的信息。在此基础上介绍了THz-REEF在宽带THz遥感、等离子体诊断和超快光致发光调制等方面应用的研究进展。


Terahertz radiation-enhanced-emission-of-fluorescence 

Jingle LIU, Xi-Cheng ZHANG

Front. Optoelectron.    2014, 7 (2): 156-198.   https://doi.org/10.1007/s12200-014-0396-4


● 综述|基于THz波气体光子学的超宽带THz时域光谱仪的研究


通过聚焦强激光束使原子或分子电离而产生的空气等离子体被证明是一种很有前途的宽带THz波源。然而,对这种宽带THz波同时实现宽带和相干检测仍然是一个挑战。电光采样和光导天线是THz波探测的典型方法。这些检测方法的带宽受到声子共振或载流子寿命的限制。与固体探测器不同,气体传感器具有几个独特的特性,如无声子共振、色散小、无法布里-珀罗效应和连续可再生性。本文以作者的研究进展为基础,综述了气体介质宽带THz波检测的系统研究,介绍了一种兼具气体发射源和传感器的宽带THz时域光谱仪(THz-TDS),以及宽带THz-TDS的技术改进,其中包括平衡检测和宽带THz波的椭圆偏振控制。


Investigation of ultra-broadband terahertz time-domain spectroscopy with terahertz wave gas photonics 

Xiaofei LU, Xi-Cheng ZHANG

Front. Optoelectron.    2014, 7 (2): 121-155.   https://doi.org/10.1007/s12200-013-0371-5



作者简介


张希成教授,罗彻斯特大学光学研究所主任教授(Parker Givens Chair of Optics, The Institute of Optics, University of Rochester)。北京大学物理系77届学生。1981年从北京大学物理系赴美留学(CASPEA program),1986年获美国布朗大学(Brown University)物理博士学位。1984-1991年先后在麻省理工学院(MIT)、阿莫科研究中心(Amoco Research Center)和哥伦比亚大学(Columbia University)从事研究工作。1992年进入伦斯勒理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute)任教,担任主任教授 (Erik Jonsson Chair Professor of Science)太赫兹研究中心主任和代理系主任。2012-2017年担任罗彻斯特大学光学研究所所长。2012任莫斯科国立大学(Lomonosov Moscow State University)荣誉教授。张希成教授是AAAS、APS、IEEE、OSA和SPIE Fellow,是Optics Letters的主编(2014-2019)。累计在国内外期刊上发表了论文300余篇、参与了20多本书及相关章节的编写工作、拥有29项美国专利。张希成教授从1988开始在THz成像和生物-医学应用,超快光子学、光电子学领域的研究。张希成教授的H-Index为87,总文章引用次数大于31000 (Google Scholar)。


期刊介绍


Frontiers of Optoelectronics (FOE)期刊是由教育部主管、高等教育出版社出版、德国施普林格(Springer)出版公司海外发行的Frontiers系列英文学术期刊之一,以网络版和印刷版两种形式出版。由北京大学龚旗煌院士、华中科技大学张新亮教授共同担任主编。


其宗旨是介绍国际光电子领域最新研究成果和前沿进展,并致力成为本领域内研究人员与国内外同行进行快速学术交流的重要信息平台。该刊的联合主办单位是高等教育出版社、华中科技大学和中国光学学会,承办单位是武汉光电国家研究中心。FOE期刊已被Emerging Sources Citation Index (ESCI), Ei Compendex, SCOPUS, INSPEC, Google Scholar, CSA, Chinese Science Citation Database (CSCD), OCLC, SCImago, Summon by ProQuest等收录。2019年入选中国科技期刊卓越行动计划梯队项目。


更多关于期刊的信息,请访问我们的网址:

http://link.springer.com/journal/12200

http://journal.hep.com.cn/foe


本文转自 光电子学前沿 公众号,扫描关注,了解更多精彩内容!

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