光泵重水氣體分子產(chǎn)生THz激光輻射技術(shù)的研究.pdf

1、刪 ⑧ 天畢大薯中目m 代第一M ★學(xué)博士學(xué)位論文■_ ■；一- 一●■‘? I ：．j ；i l l ■一●l e ] ，一一級(jí)學(xué)科：皇±塾蘭! 塾查學(xué)科專業(yè)；堂皇至墮查作者姓名；堡查堅(jiān)指導(dǎo)教師： 至蔓墮塾堡塑I 堡絲辱士天津大學(xué)研究生院2 0 0 7 年1 2 月摘要摘 要太赫茲波( T H z ，I T H z - - 1 0 1 2 H z ) 是指頻率范圍從1 0 0 G } l Z 到1 0 T H z ，相應(yīng)的波

2、長(zhǎng)范圍從3 0 l a m 到3 m m ，介于毫米波和紅外光之間的電磁波。太赫茲頻段是一個(gè)非常具有科學(xué)價(jià)值但尚未開發(fā)的電磁輻射區(qū)域，近年來(lái)，隨著對(duì)整個(gè)電磁波譜研究的深入及完善，以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)該領(lǐng)域的研究工作日益重視，太赫茲激光在成像、醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境科學(xué)、信息通信及基礎(chǔ)物理研究領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值。國(guó)內(nèi)外的研究狀況表明，獲得高功率、低造價(jià)和小型化的室溫運(yùn)轉(zhuǎn)的T H z 輻射源是T H z 研究領(lǐng)域的前沿和重點(diǎn)之一。本

3、文主要研究光泵重水氣體分子產(chǎn)生T H z 激光輻射技術(shù)，著重研究了所產(chǎn)生的3 8 5g m 波長(zhǎng)T H z激光輻射。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)可以歸納如下：1 ．從D 2 0 氣體分子的結(jié)構(gòu)性質(zhì)出發(fā)，運(yùn)用半經(jīng)典密度矩陣?yán)碚?，采用三能?jí)系統(tǒng)模型對(duì)光泵重水氣體產(chǎn)生T H z 激光( 輸出波長(zhǎng)為3 8 5 肛m ) 的原理進(jìn)行了詳盡的理論分析和數(shù)值計(jì)算，理論分析計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性。2 ．根據(jù)對(duì)光泵重水氣體T H z 激光器中泵浦源入射光強(qiáng)

4、度和T H z 信號(hào)出射光強(qiáng)度之間關(guān)系的研究i 提出了表明T H z 信號(hào)出射光強(qiáng)度和泵浦源入射光強(qiáng)度之間的擬合函數(shù)，并對(duì)其頻率調(diào)諧特性進(jìn)行了研究，得到調(diào)諧曲線；對(duì)光泵重水氣體T H z 激光器的最佳工作參數(shù)進(jìn)行了研究分析；對(duì)添加緩沖氣體的影響進(jìn)行了分析；據(jù)此可設(shè)計(jì)相對(duì)較高能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最佳工作運(yùn)行狀態(tài)的光泵重水氣體T H z 激光器。3 ．實(shí)驗(yàn)研制了一種緊湊型工作腔長(zhǎng)可變的超輻射光泵重水氣體T H z 激光器系統(tǒng)，激光器系統(tǒng)由泵浦源

5、T E A ．C 0 2 激光器、D 2 0 氣體分子T H z 激光工作腔、測(cè)量系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)組成。實(shí)驗(yàn)中使用了范圍在8 0 —1 5 0 c m 的可變長(zhǎng)度的T H z 激光工作腔，實(shí)驗(yàn)得到了波長(zhǎng)為3 8 5 l a I n ( 對(duì)應(yīng)頻率約0 ．7 8 T H z ) ，脈沖寬度為l O O n s ，峰值功率百瓦量級(jí)( 對(duì)比估測(cè)值) 的T H z 激光脈沖信號(hào)輸出。4 ．實(shí)驗(yàn)研制了帶自動(dòng)控制功能的F ．P 干涉儀測(cè)量系統(tǒng)，設(shè)計(jì)加