激光大气成丝中的非线性光频转换

2018-04-16王铁军徐淮良

物理学进展 2018年2期

王铁军，徐淮良

1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

2吉林大学集成光电子学国家重点实验室&电子科学与工程学院

I.引言

近20年来，超强超短激光技术得到飞速发展，飞秒(1 fs=10−15s)量级超强超短激光输出峰值功率从几个太瓦(1 TW=1012W)已提升到数拍瓦(1 PW=1015W)[1]。高强度飞秒激光技术的快速发展给人们探索原子分子、电子、原子核等物理及其应用研究提供了前所未有的机遇[2]。由于飞秒强激光的超高峰值功率，当其在大气（或其它光学介质）中传输时，会产生一种独特的非线性激光成丝现象，该现象于1995年被发现[3]以来，得到广泛关注，作为强场激光物理的一个重要分支，已经成为新的光学前沿。

超快激光成丝的物理机制源于高强度飞秒激光在光学介质（如空气）中传播的非线性克尔自聚焦效应，随着光束自聚焦效应的产生，光束被自动会聚，激光强度不断提升，当激光强度达到光学介质中原子分子的电离阈值，就会电离介质中原子、分子，产生等离子体。随后，高强度激光电离原子分子产生的等离子体和光在介质中的高阶克尔等效应会导致光束的散焦，自聚焦和散焦的动态平衡形成了飞秒光丝现象[4]。需要强调的是激光成丝过程不是激光脉冲变成了丝状形态，而是在激光脉冲传输后，会产生一条如图1所示的几厘米直至百米长的、直径在百微米量级的等离子体通道，人们将其形象地称之为“光丝”。图1(a)展示了利用ICCD相机获得的2∼3 m长的单光丝照片；图1(b)是相纸经光丝曝光后获得的光丝强度分布图，激光强度最强处（中间黑点）直径约为100微米，为光丝核区，周围激光强度分布较弱处为光丝“能量池”[4]。

图1.Ti-Sapphire飞秒激光在空气中传输时所产生的光丝。(a)ICCD相机拍摄的光丝诱导空气中氮分子荧光照片。激光中心波长为800 nm，脉宽为45 fs，激光能量13 mJ，聚焦镜焦距为5 m。(b)相纸经光丝曝光后获得的光丝强度分布图，激光中心波长为800 nm，脉宽为45 fs，激光能量5 mJ[4]。

光丝最为显著特性是可以通过控制飞秒激光的初始参数，实现光丝的远距离产生和操控。空气中光丝的激光强度钳制在1013∼1014W/cm2，可以产生密度大于1016的激光等离子体，因此，激光成丝过程会伴随发生一些独特的物理现象并由此衍生了一些重大应用。例如，光丝中高强度激光脉冲的自相位调制过程可以产生超连续光谱、锥形辐射等，目前已经被有效地用于超短脉冲的产生和压缩[5]；光丝中的等离子体通道具有良好的导电性，已经被用于触发和诱导高压放电，在闪电控制方面有着潜在的重要应用[6]；成丝过程伴随的复杂的物理和化学反应过程最近已经开始被用于人工干预天气，如飞秒激光成丝诱导降雨、降雪[7]；利用光丝诱导荧光光谱和击穿光谱技术，可以实现固、液、气多相态物质分析和检测[8]；成丝过程高强度激光等离子体产生的二次光源可以覆盖极紫外到太赫兹波段等[9]。目前，飞秒激光成丝现象的基本原理及其在远程传感、天气控制等方面应用已在几本书籍专著和英文综述中做了详细介绍[4,8,11−17]，这里将不再赘述。

本文将聚焦于空气中激光成丝过程诱导的二次辐射，即非线性发光问题。空气中激光成丝诱导的非线性发光可以分为两种发光现象：

一是成丝过程高强度激光与传输介质非线性相互作用诱导的多种光频转换现象，如超连续谱[18−25]、谐波产生[26−38]、太赫兹辐射等[39−71]。这种发光现象主要是源于光丝中的超高激光强度使得传输介质折射率发生变化，通过非线性过程产生新的光频，例如脉冲在空气中传输时，在高激光强度条件下由于空气介质的非线性和激光诱导的等离子体导致空气介质折射率变化，激光脉冲会发生自相位调制等效应，使得激光频率展宽；光丝中高强度激光条件下传输介质高阶非线性极化率贡献引起的非线性高次谐波产生；不同光频通过和频、差频非线性相互作用产生太赫兹辐射等。由于光丝中这些非线性过程可以在频谱上产生从紫外、可见、红外甚至太赫兹波段光谱，在远程传感、超短脉冲产生、极紫外和太赫兹光谱等许多研究领域都具有重要的应用前景，因此，引起了人们极大的关注。

二是光丝中高强度激光(∼5×1013W/cm2)与传输介质中的原子、分子相互作用，通过多光子激发或隧穿电离等方式诱导原子、分子发光所导致的二次辐射。由于这种方式不仅可诱导大气主要成分氮分子辐射如在图1(a)中所示的特征荧光光谱，而且可以诱导大气痕量分子如甲烷、乙炔等辐射出相应的特征指纹谱,用于大气痕量分子的指纹标定，因此也吸引了人们极大的兴趣[72−74]。此外，光丝中高强度激光与原子分子相互作用也会产生许多二次辐射新现象、新效应，如光丝诱导高温燃烧场燃烧中间产物自由基发光[75−77]，以及近年来人们所观测到在光丝中利用高强度激光诱导大气分子（氮分子、氮分子离子、氧原子、氮原子）粒子数反转所产生的无腔空气激光现象[78−82]。特别是氮分子离子空气激光现象，由于其产生机理尚未得到完全澄清及其在远程传感方面极大的应用潜能，近年来已成为飞秒光丝研究领域的热点[8]。

本文将主要聚焦第一种激光成丝诱导非线性光频转换现象，介绍超连续光谱（白光）激光、谐波产生和太赫兹辐射三种光频转换现象。关于第二种激光大气成丝诱导非线性发光现象和应用研究进展，读者可参考近期综述[8,83]。在本文中，我们首先简要介绍了激光大气成丝所产生的超连续光谱（白光）激光和高次谐波产生现象物理机理和研究进展，随后着重介绍了太赫兹波辐射的现象观察、物理机理以及应用前景。最后，对激光大气成丝所产生的非线性光频转换相关研究进行了展望。

II.激光成丝诱导超连续光谱

超强飞秒激光脉冲在空气中传输时，随时间变化的激光强度会造成时域上介质折射率的改变 (n=n0+n2I(r,t))，其中n0为激光在真空中折射率，n2为二阶克尔非线性系数，I(r,t)为随时间和空间变化的飞秒激光强度分布函数），频率会出现很强的展宽，形成超连续谱，获得如图2所示的白光激光[4]；超强激光脉冲在空气中传输时产生等离子体细丝，光丝内部等离子体引起的相位变化Δϕ所诱导的激光频率的改变量Δω为：

其中，λ为激光波长，ω为激光波长λ对应的角频率，me和e分别为电子的质量和所带的电荷量，Ne激光诱导等离子体的密度。激光频率的变化Δω与激光诱导等离子体密度随传输距离的变化成正比，也就是说时，Δω＞0，光谱中产生了频率高于激光波长的新频率成分，并且随着的连续改变，形成频率连续增加的光谱分量，因此在高频方向（短波长）形成连续光谱，即光谱蓝移；反之，当时，Δω＜0，光谱的展宽朝向低频方向（长波长），即光谱红移。此外，光丝诱导的拉曼现象也会导致激光光谱频率的变化[18,19]。目前最为成熟的商品化高强度飞秒激光一般以钛宝石(Ti:sapphire)为增益介质，其中心波长在800 nm附近，其光谱展宽可覆盖可见光（即白光）区域，因此，激光成丝诱导的超连续光谱也称为超连续白光。

图2.光丝诱导的非线性光频转换形成的具有超宽光谱的白光激光。激光中心波长为800 nm，脉宽为45 fs，激光能量5 mJ[4]。

利用两太瓦 Ti:sapphire飞秒激光（中心波长为790 nm，脉冲能量为250 mJ，脉冲宽度为125 fs）通过焦距为5 m的聚焦透镜，Nishioka等人[20]在空气中产生的超连续光谱的短波可覆盖150 nm。加拿大国防部太瓦激光和太赫兹 (T&T)实验室 Th´eberge等人利用焦距为4 m的凹面镜在空气中聚焦60 mJ，42 fs的飞秒激光（中心波长800 nm）脉冲，通过测量激光成丝后的超连续光谱，得到了长波波长到 14µm[21]。Petit等人[22]利用百太瓦钛宝石飞秒激光（3 J，30 fs）在空气中自由传输 42米，通过光丝中自相位调制过程，报道了脉冲能量在焦耳量级的白光产生，实验中发现在正啁啾条件下，光谱的展宽比负啁啾条件下要宽，这一现象源于大能量飞秒脉冲成丝的光子浴效应(Photon bath)，由于自相位调整，脉冲的前沿导致长波长光谱成分的产生，脉冲后沿贡献短波长频率成分，正啁啾条件下，这一效应得到增强。2003年Kasparian等人[23]提出并演示了垂直高度在公里之外的激光白光雷达装置（图3(A)），激光白光雷达回波信号及高分辨大气吸收光谱如图3(B)和 3(C)）所示[23]，大能量超连续白光在大气监测等领域有这广阔的应用。利用激光成丝诱导超连续光谱已经成功用于超短脉冲压缩，可实现少光周期脉冲的产生。早在2004年，Hauri等人[5]通过在惰性气体（氩气）中的成丝技术，成功地将 43 fs，0.84 mJ压缩到 5.7 fs，获得 0.38 mJ的脉冲能量输出，同时脉冲相位被锁定。2007年Chen等人[24]利用两级级联的成丝方法，把 38 fs的激光脉冲压缩到 5 fs，并且得到了 0.7 mJ的脉冲能量输出。2012年 Calabrese等人[25]利用共线频率转换，把1 mJ，25 fs，中心波长800 nm激光基频、二倍频和三倍频光聚焦在空气中，通过成丝产生了∼150 fs的中红外的超连续光谱激光，测量到的短波波长小于2µm，长波波长大于25µm，并成功实现了飞秒时间分辨的振动光谱测量应用。目前，基于激光成丝的飞秒激光压缩技术已经发展成为一种相对简单、比较成熟的超短脉冲压缩技术，考虑到光谱带宽以及空间稳定性等方面，通常需要对气压和气流等进行性控制，因此，考虑到激光应用的超短脉冲压缩大都在气压可控的气体池中实现。

图3.(a)激光成丝白光雷达装置简图，(b)270 nm,300 nm,600 nm三波段垂直高度信号，(c)激光成丝白光雷达在4.5 km高度测量到的高分辨大气吸收光谱[23]。

图4.利用激光成丝产生高次谐波及其探测分析实验装置[38]。

III.激光成丝诱导谐波产生

三次谐波是飞秒激光在空气中成丝诱导的谐波中最为常见的谐波，早在 1996年 Backus等人[26]把 1 mJ，22 fs的钛宝石激光在空气里聚焦，就产生了1µJ，16 fs的紫外激光（中心波长在266 nm）。三次谐波的产生源于激光成丝的相位匹配自锁定过程。相位匹配条件下的三次谐波辐射强度的公式如下所示[27]，

leあ=χeあz为有效作用长度，χeあ为有效非线性极化率。三次谐波的最大转换效率与基频激光强度和有效作用长度有关。飞秒激光光丝内部存在强度钳制现象，使得其强度可以稳定在一个值，且光丝和空气的相互作用长度很长，使得强激光光束在空气中传输可获得高转换效率谐波。在紧聚焦条件下，光丝诱导三次谐波的稳定性和转换效率会显著提高。Dharmadhikari等人[28]利用 3 mJ，40 fs激光，在 10 cm长度聚焦透镜下获得了 0.5%的转换效率。Ak¨ozbek等人[29]认为超强飞秒激光在空气中传输时，可形成双色光丝—泵浦光丝和三次谐波光丝，两个光丝之间没有明显的相位移动现象，即光丝中两个脉冲之间存在非线性锁相(phase-locking)机制，基频波与三次谐波具有相位失配量基本保持不变，具有基本相同的群速度。Th´eberge等人[30]研究了光丝中三次谐波频率的红蓝移现象和角度分布，发现锥角辐射部分的三次谐波发生红移时，光丝中间部分的三次谐波发生蓝移。单飞秒光丝产生的三次谐波只有在紧聚焦条件下，转换效率才比较高，在长聚焦条件下，转换效率会下降得很厉害，这大大限制了三次谐波在大尺度远距离方面的应用，因此，发展长聚焦条件下光丝诱导高能量（高效率）三次谐波技术显得尤为重要。利用双光丝或多光丝交叉，实验上已经证明可以显著地提升三次谐波的转换效率[31−33]。Liu等人[33]把 33 fs，0.9 mJ的钛宝石激光通过60 cm透镜在空气中聚焦产生约1.5 cm长的光丝，把另外一束0.6 mJ的飞秒激光通过焦距为117 cm的透镜聚焦成丝并使其与第一束光在光丝区域交叉，当交叉角度在3.5°，优化两束光的延迟时间和偏振态，三次谐波获得了 3个数量级（1040倍）的增强，三次谐波的增强主要原因被总结为双光丝交叉使得成丝过程中激光钳制强度得到显著增强。目前，基于飞秒光丝的三次谐波已经发展成为一种有效产生紫外乃至深紫外光源的手段。此外，三次谐波连同成丝诱导的超连续白光有助于探索激光成丝过程的机理发展其光谱应用。

除了利用中心波长800 nm的钛宝石激光空气成丝产生三次谐波外，利用中红外飞秒激光空气成丝在产生三次谐波的同时，还可以获得更高阶次的谐波输出。2009年，Zhang等人[34]利用中心波长800 nm飞秒激光泵浦光学参量放大器(OPA)产生的1300 nm到2000 nm可调谐的飞秒激光在空气中成丝，除了产生了中心波长在600 nm的三次谐波外，同时还产生了270 nm到400 nm可调谐的五次谐波和180 nm到292 nm可调谐的七次谐波。利用中心波长为 3.9µm，脉宽 80 fs的中红外激光在空气中成丝，Kartashov等人[35]实验上报道了三次和五次谐波的产生，并通过产生的谐波实现空气中高阶（到9阶）非线性极化率的测量。2015年，Mitrofanov等人[36]利用类似的飞秒激光脉冲（0.3 TW，中心波长3.9µm）在空气中成丝，实验上观察到了三次到十九次谐波的产生，通过高次谐波的产生，获得了波长覆盖250 nm到6500 nm的高能量超连续谱光源。

由于激光成丝可以产生超连续光谱，在成丝过程中可以实现激光脉冲的自压缩，脉冲宽度接近单光周期，这种自压缩的激光脉冲的激光强度极高，具有自准直的特性，激光强度钳制和相位锁定极大地提高了高次谐波产生过程的相位匹配，因此，利用光丝自压缩产生的这种少光周期脉冲，为相位匹配高次谐波乃至阿秒脉冲的产生提供了机遇。Chakraborty等人理论预言[37]，通过在氖气中成丝自压缩产生少光周期红外激光，利用该激光脉冲在氩气中诱导高次谐波可以产生孤立的亚飞秒极紫外脉冲（即阿秒脉冲）。为了降低高次谐波及阿秒脉冲的空气吸收和非线性传输问题，对于其（极紫外光谱部分）探测和分析通常都是在低气压下进行。如图4实验装置所示，飞秒激光通过200 cm聚焦镜在1个大气压的空气中成丝作为产生源，经过两个光丝加工的小孔来截断光丝，形成高气压梯度，两个小孔间的气压低于0.1 mbar，以排除非线性相互作用的发生，然后在低于5×10−4mbar的气压下进行辐射探测分析，Vockerodt等人[38]系统地研究了基波、紫外（三次谐波）、极紫外（高次谐波）辐射沿着光丝的演化特性，实验结果如图5所示，实验中测量到了25次谐波。优化激光成丝的脉冲自压缩特性，实现少光周期乃至单周期脉冲产生，在压缩的同时，有望产生单个阿秒脉冲。

图5.激光成丝产生高次谐波实验中获得的近红外(a)、紫外(b)和极紫外(c)光谱[38].

IV.激光成丝诱导太赫兹波辐射

太赫兹 (Terahertz，THz)波通常是指频率在0.1 THz到10 THz范围的电磁波,波长范围为30µm∼3 mm。太赫兹波在光谱和成像领域有独特的优势，例如，大多数有机分子由于分子振转能级跃迁的原因，在GHz到THz频域内表现出具有指纹特征的强吸收和色散特性。太赫兹波可以透过各种气相物质、电介质材料以及生物体，而且对物质的影响极小（1 THz的光子能量是4 meV，大约是X光光子能量的百万之一）。基于台式化激光系统的太赫兹波的产生方法通常有光电导、光整流、非线性晶体差频以及超短脉冲激光等离子体等，与其他方法相比，基于超短脉冲激光等离子体的太赫兹波具有不受材料破坏阈值限制、超宽带频谱、高场强、可远程产生等优点，已经成为太赫兹与强场激光物理交叉领域的前沿热点。

激光等离子体产生太赫兹辐射的报道最早要追溯到20多年前，1993年Hamster等人[39]首次报道把1 TW、100 fs的激光聚焦于氦气中，产生了单周期的太赫兹辐射，辐射的机理解释为激光场产生的有质动力使得空间电荷分离，进而产生空间分布成锥角形的太赫兹辐射。2000年 L¨oラer等人[40]首次把外加直流电场作用于激光诱导等离子体区域，得到1个数量级太赫兹辐射增强。利用飞秒激光空气电离产生等离子体辐射太赫兹，不可避免地产生等离子体光丝，特别是在聚焦长度比较长（即数值孔径比较大）的情况下，激光成丝现象尤为显著。实验上已经发现把外部平板电场横向、纵向作用于等离子体光丝上，太赫兹辐射强度正比于外加电场强度，辐射得到了几个数量级的增强[41−43]。利用螺旋形电场作用有等离子体光丝，Lu等人[44]实现了可控的椭圆偏振的强太赫兹辐射。利用针状电极，如图6(a)所示，平行作用于光丝上面，利用光丝等离子体空间分布的特性，在光丝两端位置，接近于π相位变化的波形可控增强太赫兹辐波被产生（图6(b)和 6(c)）[45]。对于电场作用光丝下，太赫兹辐射增强的机理，目前普遍被接受的观点是电场作用使得飞秒激光诱导的瞬态电流得到增强，因此，增强的太赫兹波辐射被测量到，太赫兹辐射的偏振方向也与外加电场的方向一致。此外，通过缩短激光脉冲宽度，利用少光周期(few-cycle)飞秒激光成丝，改变激光脉冲的相位和光丝的长度，也可以实现波形可控的强太赫兹波辐射[46,47]。当外部电场横向作用光丝下（实验装置如图7(a)和(b)所示），辐射太赫兹波的峰值频率和激光光丝中的等离子体密度具有关联性，即通过测量电场作用光丝不同位置下太赫兹辐射的时域波形，做傅里叶变换得到太赫兹的峰值频率，进而得到这一位置的等离子体密度，Wang等人[48]借助该太赫兹光谱技术首次实现了等离子体密度沿着光丝的纵向演化分布测量（测量结果如图7(c)所示）。

图6.(a)针状电场作用光丝产生波形可控增强太赫兹辐射激光偏振方向、光丝传播方向和电极作用方向示意图，(b)电极作用在光丝两个不同位置处得到的增强太赫兹波波形，(c)改变(b)中电极极性得到了增强的太赫兹波波形图[45]。

除了上述基于基频光的“单色场”成丝产生太赫兹外，2000年Cook和Hochstrasser[49]利用基频光加倍频光的“双色场”电离空气方法，把太赫兹辐射强度提高了三个数量级（与仅用基频光的“单色场”激发相比较），从那时开始，双色场产生太赫兹的方法被广泛关注，通过优化激光的波长、脉冲宽度、强度、光斑大小和聚焦方式、等离子体特性等参数或特性[50−57]，基于双色场的太赫兹辐射被显著增强，太赫兹场强可达到数个MV/cm，脉冲能量可以高达数个微焦尔量级，产生的太赫兹波的频谱宽度可大于75 THz。此外，通过外加电场也可以控制和增强双色场诱导产生的太赫兹波[58]。

关于双色场诱导空气等离子体产生太赫兹波的机理，基于空气 3阶非线性的四波混频模型首先被提出[49,59]，在该模型中，2个基频光的光子与一个倍频光的光子做混频过程，产生频率较小在太赫兹范围的辐射。随着研究的深入，2007年基于自由电子漂移的光电流模型[60]被提出，用于解释双色场诱导等离子体的太赫兹辐射现象，在这一模型中，由于基频和倍频光场叠加电场的不对称性，使得有效光场电离产生的等离子体在电场方向具有不对称性，产生剩余电流，因而辐射太赫兹波。在光电流模型提出后之后，双色场产生太赫兹辐射的机理问题受到了广泛地关注[61−66]。You等人[63]提出了非共轴相位匹配模型来解释双色场光丝产生锥角宽带太赫兹辐射。Gorodetsky等人[64]在此基础上发展了更为普适的物理模型。Andreeva等人[65]认为中性分子（非线性）和等离子体对太赫兹辐射都有贡献：中性分子的贡献较弱，主要贡献于太赫兹波的高频部分，而等离子体主要贡献了太赫兹波的低频部分。Zhang等人[66]则提出线性偶极子阵列模型，把双色场光丝看作是一系列电偶极子的沿着光丝的纵向线性排列，前向锥角辐射的太赫兹波是各个偶极子辐射太赫兹的相干叠加。

图7.(a)针状电极垂直光丝的太赫兹产生和探测实验装置简图，(b)CCD相机拍摄到了光丝侧向荧光图片和电极沿着光丝移动位置的标定，(c)通过电场增强太赫兹光谱技术测量的等离子体密度沿着光丝的分布[48]。

激光成丝诱导的太赫兹波最为显著的优点就是可远程产生。利用飞秒激光成丝可以远程产生并操控的特性，可以实现太赫兹源的远程产生，进而避免太赫兹波大气中远程传输不可避免的被水汽强吸收和高衍射难题。2007年D’Amico等人[9]首次报道了利用基频飞秒激光（单色场）成丝方法在30 m处产生太赫兹辐射，并解释为激光诱导等离子体的切伦科夫辐射。之后，时间和空间上分离的双光丝技术被报道用增强这一辐射[67]。尽管如此，这种单色场光丝的远程太赫兹波仍然很弱，强度小于1 nJ，转换效率也只有10−9左右。因此，如何远程产生更强的太赫兹波从应用的角度来讲，显得至关重要。大量的实验结果已经证明，与单色场光丝相比，双色场成丝可以产生高强度的太赫兹波辐射。远距离传输双色飞秒激光面临两个严重的问题是双色飞秒脉冲的色散走离和空间重合的问题。Wang等人[68,69]利用双色场共线相位控制和光丝远程产生技术，如图8(a)所示，成功地实现了基于双色场成丝的远程太赫兹辐射，把远程太赫兹辐射强度提高了2个数量级（如图8(b)），首次在10 m之外产生了可控的、单脉冲能量在微焦量级的太赫兹波，随后，他们把产生太赫兹波的距离进一步推广的55 m[70]。此外，空气线性分子（氮气和氧气）在激光场作用下具有周期性排列的特性，会导致空气的折射率周期性地被调制，进而对激光聚焦和散焦，使得太赫兹辐射的强度被调制，利用这一特性，同一小组又实现了基于分子排列的强太赫兹波远程操控技术[71]。

图8.　(a)基于双色场成丝的高强度太赫兹远程产生装置，(b)通过热释电探测器在 10 m远出探测到的太赫兹辐射[68,69]。

V.总结和展望

本文介绍了飞秒激光大气成丝过程中与传输介质相互作用所诱导的超连续光谱（白光）激光、谐波产生和太赫兹波辐射三种非线性光频转换现象，探讨了它们的产生物理机理、研究现状和应用前景。由于激光成丝诱导非线性光频转换方法简单，又依赖于光丝的独特特性，已经在相关二次光源的产生方面有了较好的验证。然而，飞秒激光大气成丝诱导的非线性光频转换现象仍需要进一步深入研究。例如，虽然超连续白光光谱的产生机制目前已经比较清晰，但由于在大气传输时，不同激光脉冲波前在空间分布的细微差别会导致光丝产生位置、长度等发生变化，特别是多光丝条件，精确控制光丝产生变得极其困难，使得不同脉冲所诱导的白光光谱的振幅、光谱范围发生较大变化，限制了它的应用；另一方面，虽然人们已通过不同方法实现了太赫兹波辐射，并提出了如空气3阶非线性的四波混频模型、自由电子漂移的光电流模型、线性偶极子阵列模型等几种太赫兹辐射产生机理，但光丝诱导太赫兹辐射的产生机理目前仍存在争议。而对于高次谐波产生，如何获得高转换谐波产生效率也一直是人们研究的热点。但随着飞秒激光技术的发展，特别是近年来多拍瓦激光、中红外激光等的实现，为人们研究超快强场激光在各种介质中相互作用提供了更丰富的工具。通过更深入地了解超快强激光成丝诱导非线性光频转换机理、进一步优化非线性光频转换相关产生技术，我们期待超快强激光成丝过程诱导的非线性光频转换技术可以为超连续光谱光源、紫外和极紫外光源、太赫兹波辐射提供新的产生手段，并在远程传感、超短脉冲产生、极紫外和太赫兹光谱等研究领域获得广泛应用。

致谢

本文工作得到国家自然科学基金（基金号：61625501，61427816），上海光机所强场激光物理国家重点实验室开放课题，中国科学院战略性先导科技专项（B类）（任务编号：XDB16000000），中国科学院国际合作重点项目（基金号：181231KYSB20160045），中国科学院“百人计划”项目资助。

通过激光成丝来产生太赫兹波，在太赫兹源的强度、带宽、远程产生等方面已经显示出了该技术的优势，未来在寻找普适的太赫兹产生机理，利用强太赫兹源开展光谱、成像以及非线性等研究方面有待进一步的发展和突破。

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