Новый метод управления фазой электромагнитного импульса с предельно короткой длительностью

Показано, что при нарушенном полном внутреннем отражении возможно управление фазовым сдвигом заполнения предельно короткого электромагнитного импульса относительно его огибающей. В эксперименте продемонстрировано управление фазой в пределах 0,7 π радиан для терагерцового импульса с относительной шириной спектра, превышающей две октавы.

Аннотация:
Развитие современной лазерной техники позволило генерировать импульсы с длительностью, сравнимой с периодом осцилляций оптического поля. Ширина спектра таких импульсов сравнима с его центральной частотой и занимает целые спектральные диапазоны. Временная структура поля в импульсе при этом сильно зависит от сдвига фазы его высокочастотного заполнения относительно огибающей. Поэтому задача управления фазой в широком диапазоне частот становиться весьма актуальной. Традиционные для квазимонохроматического излучения методы контроля фазы с помощью оптических линий задержки или электрооптических модуляторов малоэффективны, поскольку приводят к сопоставимым групповым задержкам. Существующие широкополосные методы либо рассчитаны на фиксированный фазовый сдвиг, либо обладают малым динамическим диапазоном на уровне 10^-5 рад.

В представляемой работе предложен новый метод, позволяющий оперативно управлять фазой широкополосного излучения в пределах π рад с незначительными нелинейными фазовыми искажениями. Управление фазой осуществляется при нарушенном полном внутреннем отражении в диэлектрической призме с помощью подвижного металлического зеркала. При отражении происходит интерференция поля волны, отраженной от поверхности диэлектрика, и эванесцентного поля, которая и определяет фазу коэффициента отражения. При малых ширинах зазора фаза определяется коэффициентом отражения от металла, а при зазорах много больше длины волны – коэффициентом отражения от поверхности диэлектрика. Таким образом, меняя базу интерферометра в пределах нескольких длин волн, можно управлять фазой излучения в пределах π рад.

В экспериментальной апробации метода использовалось терагерцовое излучение, полученное при выпрямлении фемтосекундных лазерных импульсов в кристалле ZnTe. Временное распределение напряженности электрического поля терагерцового волнового пакета измерялось методом электрооптического стробирования фемтосекундными лазерными импульсами в кристалле ZnTe. Терагерцовое излучение представляло собой короткий импульс, содержащий 1–2 осцилляции поля с характерным временным масштабом около 1 пс и с пиковой напряженностью электрического поля на поверхности детектирующего кристалла около 20 кВ/см. Относительная спектральная полоса терагерцового излучения превышала две октавы при центральной частоте, равной 1 ТГц. В качестве интерферометра использовалась комбинация фторопластовой прямоугольной призмы и Al зеркала. В эксперименте было продемонстрировано управление фазой широкополосного терагерцового излучения в пределах 0,7 π рад без существенных нелинейных фазовых искажений в спектральной полосе, превышающей две октавы. Предложенный метод может быть использован для управления фазой и формой амплитуды сверхкоротких электромагнитных импульсов со спектральной полосой свыше восьми октав, а также для повышения видности интерферометрии белого света.

Авторы: А. И. Корытин, С. В. Мишакин (ИПФ РАН)