大能量納秒太赫茲參量源研究.pdf

1、太赫茲波(Terahertz wave)是指頻率在0.1THz-10THz（1THz=1012Hz，波長(zhǎng)在30μm-3mm）之間的電磁波，在電磁波譜上介于微波和紅外線之間。太赫茲技術(shù)在材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、信息通信、航空航天、國(guó)家安全等領(lǐng)域具有重大的科學(xué)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。
　　太赫茲波的產(chǎn)生方法主要有兩類，分為電子學(xué)方法和光學(xué)方法。其中光學(xué)方法中的光學(xué)參量方法是產(chǎn)生太赫茲波的重要方法之一，太赫茲參量源是基于非

2、線性晶體中的受激電磁偶子散射，具有線寬窄，相干性好，室溫運(yùn)轉(zhuǎn)，可調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn);然而，產(chǎn)生的太赫茲波的能量較低。
　　本文分析了太赫茲參量振蕩器(TPO)產(chǎn)生太赫茲脈沖能量較低的原因，設(shè)計(jì)了新的方案，將太赫茲參量振蕩器和種子注入式太赫茲參量產(chǎn)生器(is-TPG)結(jié)合，產(chǎn)生了大能量太赫茲波，同時(shí)研究了太赫茲參量振蕩器中的斯托克斯光的調(diào)諧輸出特性。
　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　1.實(shí)驗(yàn)研究了基于MgO:LiNbO3晶體

3、的太赫茲參量振蕩器，總結(jié)了限制太赫茲參量振蕩器產(chǎn)生高脈沖能量太赫茲波的因素:第一，入射泵浦光強(qiáng)度受到MgO:LiNbO3晶體相對(duì)較低的損傷閾值的限制，泵浦光的強(qiáng)度不能太大。第二，當(dāng)斯托克斯光脈沖建立時(shí)，泵浦光脈沖被嚴(yán)重消耗。這意味著，在泵浦光脈沖峰值和斯托克斯光脈沖峰值之間有一時(shí)間間隔;而太赫茲波的產(chǎn)生與泵浦光強(qiáng)度和斯托克斯光強(qiáng)度的乘積有關(guān)，泵浦光脈沖和斯托克斯光脈沖的這種不完全重合減弱了參量過(guò)程。第三，由于斯托克斯光諧振腔的限制，還有

4、泵浦光束和斯托克斯光束的小的相位匹配角，泵浦光束的尺寸不能太大。另外，諧振腔內(nèi)斯托克斯光束尺寸小于泵浦光的尺寸;這樣，相對(duì)尺寸較小的泵浦光束，還有泵浦光束和斯托克斯光束的空間不完全重合限制了三波的有效重合體積。
　　2.基于以上分析，我們提出了一種新方案，通過(guò)利用太赫茲參量振蕩器和表面垂直出射的種子注入式太赫茲參量產(chǎn)生器的結(jié)合，并且增大泵浦光脈沖能量和光束尺寸，來(lái)獲得納秒級(jí)高能量太赫茲脈沖。太赫茲參量振蕩器的作用是產(chǎn)生斯托克斯光脈

5、沖，被用作為表面垂直出射的種子注入式太赫茲參量產(chǎn)生器的種子。調(diào)整泵浦光脈沖和斯托克斯光脈沖的時(shí)間間隔來(lái)獲得完整的空間重合，泵浦光脈沖具有大的脈沖能量和光束尺寸。放大斯托克斯光光束尺寸以使其大于泵浦光光束的尺寸，來(lái)獲得大的有效重合體積。將太赫茲參量振蕩器和斯托克斯脈沖注入太赫茲參量產(chǎn)生器結(jié)合來(lái)解決這些限制因素，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，太赫茲能量輸出有了很大的提升。
　　3.研究了在MgO:LiNbO3晶體中基于受激電磁偶子散射的斯托克斯光可調(diào)