Abstract
在本論文中，我們以超快光脈衝(Ultrafast optical pulse)照射在碲化鋅<110>單晶(<110> ZnTe)，產生兆赫電磁脈衝(Terahertz Electro-Magnetic pulse)並研究同調聲子-極化子(Coherent phonon-polariton)對兆赫電磁脈衝的影響。聲子-極化子為兆赫波光子(Terahertz photon)與碲化鋅之橫向光模聲子(TO phonon)的混合態，而其乃透過光整流(Optical Rectification: OR)與Impulsive Stimulated Raman Scattering (ISRS)所激發。由於兆赫波光子與碲化鋅之橫向光模聲子之間的耦合，僅光整流效應不足以解釋兆赫波的產生-過去普遍認為透過光整流效應會產生僅幾個週期的兆赫波脈衝(Few cycle THz pulse)。在實驗中，我們所觀察到的兆赫波的波形，除了常見的few cycle THz pulse之外，還有長時間的近似單頻震盪(Quasi-monochromatic damped oscillations: QMDO)緊接其後。在理論計算中，我們由非線性光轉換(Non-Linear Wave Conversion)的模型(Model)出發並考慮”無激發光耗損”(Pump non-depletion approximation)。對於兆赫波，我們不考慮非線性光學中常用的”緩慢變化包絡近似”(Slowly Varying Envelope Approximation: SVEA)但假設兆赫波以平面波的形式在半無限長的晶體(Semi-infinite slab)裡傳播。我們亦計算了在不同的光中心波長( = 750 and 800 nm)、不同的光脈衝寬度( = 50 to 800 fs)以及不同的晶體厚度(0.0 to 4.0 mm)之下的兆赫波波形與頻譜。所計算兆赫波波形皆由few cycle THz pulse與QMDO所組成，而且QMDO滿足相位匹配(Phase-matching)。我們亦發現，當光脈衝變寬時，QMDO會縮減、消失而且僅剩下few cycle THz pulse殘存。在實驗方面，我們架設了兆赫波產生-偵測系統(THz generation-detection)並以碲化鋅<110>單晶作為電光取樣(Electro-Optic Sampling: EOS)偵測晶體。在實驗中，所量測到的兆赫波波形與理論計算的波形非常吻合。對於實驗所量測的QMDO，藉由改變碲化鋅<110>單晶的厚度，我們排除了由於有限的晶體厚度所造成的Etalon效應。而QMDO對光脈衝寬度的相依性，亦在實驗中得到了證實。藉由比較碲化鋅的聲子-極化子的色散關係(Phonon-polariton dispersion)，我們確認QMDO是由透過相位匹配所產生的同調聲子-極化子所造成的結果。