基于非線性光學方法產(chǎn)生高功率THz波輻射源的研究.pdf

1、THz波在成像、材料檢測、環(huán)境監(jiān)測、通信、天文學、生命科學、國防安全等領域均有重大的科學研究價值和廣闊的應用前景?；谑芗る姶篷钭由⑸涞目烧{(diào)諧THz波參量振蕩器(TPO)具有效率高、相干性好、可調(diào)諧、窄線寬、結(jié)構(gòu)緊湊、室溫運轉(zhuǎn)等特點?；谠釉诮滠S遷能級間的最大相干性頻率下轉(zhuǎn)換產(chǎn)生THz波的方法具有高能量、量子轉(zhuǎn)換效率高等特點。本文主要研究基于受激電磁耦子散射和基于原子在禁戒躍遷能級間最大相干性的THz波輻射源。
　　 本文的

2、主要創(chuàng)新點可以歸納如下：
　　 1.分析了雙離子立方晶體、雙離子單軸晶體、多原子單軸晶體中電磁耦子的色散關系。研究了LiNbO3晶體中受激電磁耦子散射過程中的三波互作用理論。根據(jù)THz波在增益介質(zhì)中的增益和吸收表達式，利用脈沖激光器諧振腔理論，推導了TPO閾值表達式。分析了準相位匹配TPO的調(diào)諧輸出特性，設計了準相位匹配內(nèi)腔TPO，實現(xiàn)了泵浦光、Stokes光、THz波三者共線傳輸。
　　 2.利用硅棱鏡耦合輸出TPO得

3、到了有效的THz波輸出。實驗中得到THz波的頻率調(diào)諧范圍為0.95-2.1THz，THz波平均功率為580nW，能量轉(zhuǎn)換效率為5.74×10-7。雙塊LiNbO3晶體淺表垂直出射TPO實驗中，當THz波頻率為1.84THz，泵浦能量為80mJ時，產(chǎn)生的THz波強度為1932V。當泵浦能量足夠強時，我們觀察到了三階Stokes光輻射。單塊大體積LiNbO3晶體淺表垂直出射TPO實驗中，當THz波頻率為1.75THz，泵浦光能量為94mJ時

4、，產(chǎn)生的THz波的強度為9.12μW，對應THz波能量轉(zhuǎn)換效率為9.7×10-6。其中THz波的輸出功率在國內(nèi)處于領先水平，在國際上處于先進水平。
　　 3.基于受激電磁耦子散射產(chǎn)生THz波的理論，計算了閃鋅礦結(jié)構(gòu)晶體中參量振蕩產(chǎn)生可調(diào)諧THz波的相位匹配特性和增益特性。計算結(jié)果為基于閃鋅礦結(jié)構(gòu)晶體參量振蕩產(chǎn)生THz波提供了深入和全面的理論基礎。
　　 4.推導了電磁感應透明過程中晶體的線性極化率和非線性極化率的表達式。