0 引言

太赫兹辐射是指频率在0.1~10 THz、波长在30~3 000 μm的电磁辐射。相较于其它波段，太赫兹技术发展较为缓慢[1-2]，其主要原因之一是缺乏高效优质的太赫兹辐射源[3]。2017年，DEY I和ZHANG X C 这2个科研团队[4-5]几乎同时探测到了水在激光诱导下辐射出的太赫兹脉冲。DEY I团队将激光聚焦于充满水的石英水槽中，而ZHANG X C团队则是将激光聚焦于一种厚度约为200 μm的水膜中，得到了比空气等离子体强1.8倍的太赫兹辐射，还设计了金属线引导、靠重力驱动的自由流动液膜，辐射出了太赫兹波。为了解决水膜在超过阈值后可能会出现破裂的问题，YIWEN E等人[6]对液膜产生装置进行了优化，采用鸭嘴喷嘴产生的液膜辐射出了太赫兹波。2018年，JIN Q等人[7]采用双色激光激发液膜产生太赫兹波，双色激光方案相比单色激光方案的太赫兹波强度只提高了11%。2019年，ZHANG L L等人[8]首次实现了基于液线产生太赫兹波的实验方案，使用单色飞秒脉冲激光聚焦于直径为200 μm的液线，产生了强度为200 kV/cm的太赫兹辐射信号。

除了上述介质的形态影响太赫兹辐射外，液态介质的种类也成为影响太赫兹辐射的关键因素。DEY I团队[4]以水槽形式的实验方案对比了乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷、去离子水、二硫化碳产生太赫兹波的强度，发现同等激光条件下辐射出的太赫兹信号强度差距可达数倍。2021年，ISMAGILOV A O等人[9]采用扁口喷射水流进行了水、重水、乙醇、乙二醇、异丙醇、α-蒎烯和丙酮的激发实验，也得到了与DEY I团队相似的结果。在此之前，TCYPKIN A N等人[10]的研究表明，介质在电离能、分子密度及太赫兹吸收系数上的差异使得激发出的太赫兹波强度不同。GEORGE D K等人[11]也认为太赫兹波的吸收能力与液体极性有关。虽然介质种类对辐射太赫兹波的影响在液膜和水槽方案中已有研究，但是关于液线方案的研究鲜有报道。此外，不同种类介质的物化特性对辐射太赫兹波的影响的内在机理尚不明晰。探明液线介质辐射太赫兹波过程中介质特性与太赫兹辐射强度的关系，有利于提高液态太赫兹辐射源的功率和能量转换率。为此，本文设计一种飞秒激光诱导液线辐射太赫兹波实验系统，结合量子化学计算和飞秒激光诱导液线辐射太赫兹波实验，从微观层面对单质介质的禁带宽度和偶极矩与太赫兹电场的关系进行模拟计算和实验研究；从宏观层面对混合介质的体积分数、密度和流动状态与太赫兹电场的关系进行实验研究。

4 结束语

本文结合量子化学计算方法和飞秒激光诱导液线辐射太赫兹波的实验，研究了单质介质的微观特性和混合介质的宏观特性对太赫兹电场的影响。研究表明，太赫兹电场与禁带宽度、偶极矩均呈负相关；乙醇体积分数为40%时，太赫兹电场出现峰值。太赫兹电场随溶液体积分数变化的特殊趋势，是由于溶液Re和分子密度变化共同作用所导致的。本文的研究可以为基于液线的太赫兹辐射源的优化提供一定的理论依据和实验参考。在本研究中，介质的微观特性只考虑了禁带宽度和偶极矩2个主要因素，对电荷密度、态密度等没有深入研究。若要探明液态介质辐射太赫兹波的内在机理，还需要更全面地研究其它微观特性与太赫兹电场的关系。