近日，我校数理学院刘建胜课题组提出了一种基于交叉偏振波（XPW）的改进型电光采样技术，实现了宽带太赫兹辐射的高时间分辨率、高信噪比单次相干探测。该研究通过双BaF₂晶体构型，显著优化了探测性能，系统测量带宽达2.8 THz，最高响应频率延伸至5 THz，为宽带太赫兹源表征和太赫兹时域光谱诊断提供了新的解决方案。该研究成果近期以“Modified spectral encoding for single-shot broadband terahertz detection based on cross-polarized wave”为题，于2026年3月17日在线发表于美国应用物理联合会权威期刊Applied Physics Letters，并被选为Editor's Pick。上海师范大学为唯一署名单位，数理学院毕业博士生王健硕和在读博士生焦旭辉为论文共同第一作者，秦志勇副研究员、余昌海副研究员以及刘建胜研究员为论文通讯作者。
发展高频宽带太赫兹源的单次相干探测技术一直是强场太赫兹领域的一项重要研究内容，对太赫兹时域光谱诊断具有重要意义。传统的基于光谱编码的电光采样技术是一种简单有效的太赫兹单次相干探测方法，然而该方法存在时间分辨率限制，只有当待测太赫兹脉冲持续时间满足时，该方法才可以不失真地提取太赫兹信号，其中T0为初始无啁啾探测脉冲的半高全宽，Tc为展宽后啁啾脉冲的半高全宽。因此，在光谱编码中，人们通常使用较大光谱带宽或较小啁啾率的探测脉冲来提高太赫兹测量的时间分辨率，从而尽可能提高太赫兹的测量带宽。然而传统飞秒激光系统的输出的光谱带宽受限于激光脉宽和谱宽，分辨率不能满足高频的太赫兹波形测量。为了实现宽带太赫兹源的高时间分辨率和高信噪比的单次相干测量，刘建胜研究员团队提出了一种基于交叉偏振波（XPW）的改进型电光采样技术，通过利用三阶非线性效应产生交叉偏振波，并将其作为新的探测光用于太赫兹测量，可以有效地拓展探测光的光谱，从而显著增加太赫兹测量的时间分辨率。此外，交叉偏振波也可以有效地滤除卫星脉冲，抑制自身的光谱干涉条纹，使探测光的频谱分布更光滑，信噪比更高。实验中，研究人员利用双BaF₂晶体构型显著拓展了XPW的光谱带宽，并显著提高了测量的时间分辨率，使系统测量带宽达2.8 THz，最高响应频率延伸至5 THz，其测量时间分辨率和信噪比相比于初始的探测脉冲分别提高了1.5倍和4.4倍，为宽带太赫兹源表征和太赫兹时域光谱诊断提供了新的解决方案。相关研究已经申请了发明专利[基于交叉极化波频谱展宽的太赫兹波单发测量装置和方法，申请号202511521745.7]。
基于交叉偏振波的改进型电光采样示意图及相关测量结果
该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市教委科创重大项目的资助。
供稿：数理学院