可調(diào)諧TEACO2激光泵浦的脈沖THz激光器性能研究.pdf

1、隨著近年來(lái)THz技術(shù)的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的研究機(jī)構(gòu)投身于這項(xiàng)具有極大應(yīng)用潛力的技術(shù)中來(lái)。對(duì)于THz技術(shù)中最重要的部分——THz輻射源的研究也變得越來(lái)越重要。新型THz光源技術(shù)，如各種非線(xiàn)性光學(xué)原理產(chǎn)生的可調(diào)諧THz波相干輻射、量子級(jí)聯(lián)激光器及自由電子激光器等存在輸出功率弱或者設(shè)備造價(jià)昂貴等缺點(diǎn)，難以廣泛普及。傳統(tǒng)的光泵THz激光器由于技術(shù)較成熟，可靠性高，目前仍是THz波段較實(shí)用的輻射源，但如何提高其光泵效率獲得高能量THz激光，以適應(yīng)

2、THz技術(shù)的應(yīng)用，是該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，也是本課題研究的目的。
　　 本論文主要從光泵浦源、THz振蕩器和探測(cè)等方面進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究，以期通過(guò)提高泵浦激光功率密度，改善THz激光器腔結(jié)構(gòu)和探索多種探測(cè)手段的方法，達(dá)到提高泵浦效率和準(zhǔn)確探測(cè)THz輸出激光參數(shù)的目的。具體內(nèi)容如下：
　　 (1)從光泵氣體THz激光三能級(jí)系統(tǒng)的密度矩陣方程出發(fā)，分析了強(qiáng)泵浦場(chǎng)和強(qiáng)THz激光場(chǎng)在共振情況下與三能級(jí)系統(tǒng)的相互作用，具體討論了增益

3、系數(shù)、量子效率等問(wèn)題。
　　 (2)在光泵浦源的研究方面，通過(guò)光柵調(diào)諧方法選擇TEA CO2激光譜線(xiàn)，對(duì)兩個(gè)不同能量可調(diào)諧TEA CO2激光器的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了系統(tǒng)地實(shí)驗(yàn)研究和結(jié)果分析。研究CO2激光的氣體配比對(duì)輸出激光的功率密度、脈寬和波形等方面的影響，以及激光器的結(jié)構(gòu)、激勵(lì)能量、氣體溫度等因素對(duì)輸出結(jié)果的影響。最后，采用合理的氣體配比及優(yōu)化的激光參數(shù)，獲得了高功率密度、窄脈寬的泵浦激光。
　　 (3)本論文對(duì)TH

4、z腔的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)上的研究，使用的THz諧振腔主要由石英管、GaAs晶體作為輸入窗口、石英晶體作為輸出窗口及其密封系統(tǒng)組成，該方法具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，可有效提高泵浦效率。
　　 (4)在完成THz腔裝置的基礎(chǔ)上，分別利用兩個(gè)可調(diào)諧TEA CO2激光作為泵浦源，著重研究泵浦不同工作物質(zhì)（甲醇?xì)怏w和氨氣）產(chǎn)生THz激光，對(duì)不同泵浦支線(xiàn)、泵浦能量、工作氣體氣壓、腔結(jié)構(gòu)等對(duì)THz輸出能量、特性及其能量轉(zhuǎn)化效率方

5、面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與分析。對(duì)于產(chǎn)生的THz激光能量的測(cè)定使用了三種方法：衰減法、標(biāo)定法和光闌法。得到的THz激光能量均超過(guò)了百毫焦。10P(32)支線(xiàn)泵浦氨氣能產(chǎn)生300mJ的THz能量。
　　 (5)繼成功獲取高能量THz激光器之后，本論文研究了THz激光在大氣傳輸和成像方面的應(yīng)用。在大氣中，THz激光可進(jìn)行短距離傳輸；在成像方面，分別對(duì)金屬物在使用和不使用包裹的情況下進(jìn)行THz成像探測(cè)，獲得的圖像均比較清晰，證明THz光對(duì)金屬物具