太赫兹脉冲能量测量

利用太赫兹波的单啁啾脉冲电光探测技术,通过调节实验装置中λ/4波片晶轴与探测激光线偏振方向成45°,可以巧妙地得到太赫兹波的绝对电场强度.利用CCD阵列,通过抽运探测的方法可以得到太赫兹脉冲的光斑尺寸,进而在两步实验的基础上计算得到太赫兹脉冲的能量.提供了一种行之有效的测量太赫兹脉冲能量的实验方案.     

氧化铝晶体的太赫兹光谱特性研究

利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术研究了氧化铝(Al_2O_3)在宽带太赫兹波范围(0.2～3.0 THz)内的光谱特性。改变晶体光轴与太赫兹脉冲偏振方向间的夹角(方位角),得到了Al_2O_3晶体在不同方位角下的太赫兹时域谱,计算了Al_2O_3晶体o光和e光的折射率和吸收系数,并画出了Al_2O_3晶体在太赫兹波段的折射率椭圆图。结果表明,Al_2O_3在太赫兹频段具有较大的双折射率和较低的吸收系数,双折射率高达0.36,吸收系数低于5 cm~(-1)。基于Al_2O_3晶体的双折射特性实现了对THz脉冲的相位和振幅的调制。Al_2O_3晶体可以作为THz脉冲的"整形器",为太赫兹波在超宽带、超高速通信系统的应用提供重要参考。     

碲-熔剂方法生长ZnTe单晶的太赫兹辐射及探测

通过Te熔剂方法生长出<110>晶向的ZnTe单晶,利用X射线衍射(XRD)及拉曼光谱对该材料进行了测试.详细研究了太赫兹时域光谱系统中该ZnTe单晶作为激发和探测晶体的辐射和探测特性.结果表明在钛-宝石激光器的泵浦下,Te熔剂方法生长的<110>晶向的ZnTe晶体表现出良好的THz辐射性能,室温下激发频谱可达3THz以上.     

基于超快激光技术的THz波产生和探测

主要介绍利用超快激光技术产生和探测THz波辐射。THz波探测方法包括电光取样和空气探测。电光取样利用光学电光效应,采用探测激光偏振态的改变得到THz电场时域波形,广泛应用在TDS系统中。空气探测方法利用激光在空气中的三阶非线性效应,可以测得THz时域波形,并且该方法没有晶体的限制,因此可以探测频谱较宽的THz脉冲。产生THz的方法主要包括光电导天线、光学Dember效应、光整流和激光等离子体。其中前三者受到材料本征声子的影响,产生的THz谱宽有一定限制。倾斜激光脉冲波前入射非线性晶体光整流可以产生很强的THz波。双色飞秒激光脉冲与空气等离子体作用,可以产生较强的宽谱THz辐射,并且其谱宽与激光脉冲宽度密切相关。     

钝头锥目标对太赫兹波背景辐射的反射特性研究

为克服大气衰减对太赫兹波应用距离的限制,充分发挥太赫兹波探测的优势,文中对空气稀薄的对流层顶高度上的太赫兹波辐射传输特性进行了研究,探索太赫兹波在卫星及飞行器平台的应用如被动探测技术等. 选择7.147 THz、8.839 THz与10 THz三个频率较高、吸收衰减较小的窗口频率,计算和分析不同频率和海拔高度上大气背景亮度及目标对背景辐射的反射辐射. 结果表明,在所有高度上,大气背景在向上方向上的辐射比向下方向上的辐射小,这种趋势在海拔高度高于5 km时更为明显. 对于平行与地面放置的钝头锥目标来说,在高于5 km的高度上出现反射辐射的不对称性,反射的辐射在约80°和190°时达到峰值.     

基于PPLN晶体的可调谐太赫兹波辐射特性研究

提出了一种周期极化铌酸锂(PPLN)晶体差频产生太 赫兹(THz)波的新型结构。基于非线性晶体三波互作用理论模型,根据周 期极化掺镁铌酸锂(PPMgLN)晶体的准相位匹配原理和掺铒光纤激光器(EDFL)双波长输出激光 特性,并结合晶体折 射率差公式,理论分析了工作温度及极化反转光栅周期对其输出THz波的影响,给出 一定频率范围内其 输出波长连续可调谐的实现方法。本文系统结构简单、成本低和调谐容易,激光器可室温 运转。     

太赫兹波参量振荡器研究进展

基于参量振荡技术的太赫兹波源是得到可调谐太赫兹波的重要器件,它在安全检查、生物传感、医学诊断、半导体器件检测和质量控制等领域具有重要的应用。从非线性晶体材料特性、谐振腔结构、太赫兹波耦合输出方式、频率调谐方式和线宽控制方法等方面总结了国内外太赫兹参量振荡技术的实验与理论研究情况。对级联太赫兹波参量振荡过程在连续、脉冲和超短脉冲运转方式的研究现状进行了回顾。基于太赫兹参量振荡技术研究现状提出其未来的一些研究方向。随着光纤激光器等技术的发展和周期性极化晶体等材料性能的进一步提高,太赫兹参量振荡器将朝着更加高效化、小型化、实用化、易于操作携带的方向发展,并在其应用领域发挥越来越重要的作用。     

0.14 THz返波管器件数值模拟与实验研究

对有限引导磁场环形电子束的色散曲线作了理论推导,并利用该色散关系数值计算了正弦慢波结构的色散曲线。采用KARAT模拟程序对0.14 THz返波管进行了粒子模拟,并在RADAN303脉冲源上开展了初步的实验研究,实验获得频率大于0.14 THz、脉冲宽度为1 ns～2 ns、重复频率10 Hz和辐射功率大于1.45 MW太赫兹波输出。     

周期极化GaAs晶体中差频产生太赫兹辐射的研究

传统的光学差频产生的太赫兹辐射转换效率低,不能获得高功率太赫兹辐射。本文对周期极化GaAs晶体中差频产生太赫兹辐射进行了理论计算,通过温度调谐实现了周期极化GaAs晶体中差频获得可调谐太赫兹波的输出。为了提高差频过程的增益和量子效率,在准相位匹配基础上引进了级联差频机理,并对最佳晶体长度和最佳泵浦频率进行了计算。结果表明,利用周期极化的GaAs晶体可以获得更高能量更高效率的太赫兹波辐射。     

偏振方向对ZnTe电光THz辐射探测的影响

在实验上研究了探测光的偏振方向对ZnTe晶体THz探测的影响 .在一周 36 0°范围内 ,测量出现两次零值 ,角度间隔为 180° ,在两个零值之间的 90°处出现不为零的小值 ,4 5°处不为最大值 .将ZnTe晶体在THz辐射电脉冲作用下产生的电光效应等效于瞬间任意波片 ,用琼斯矩阵法模拟实验过程 ,结果表明除在 90 0 处出现零值外其余模拟结果与实验结果相符 .用THz光子与横光学声子相互作用模型对此进行了定性解释 .     

探测光波长对太赫兹波电光取样探测技术的影响

由于太赫兹波电光取样探测技术中电光晶体存在的色散关系, 探测光的波长会直接影响到电光取样的探测带宽和效率.由于该色散关系的存在, 不同的电光晶体在电光取样中响应函数不同.本文研究了两种典型的电光晶体-碲化锌和磷化镓晶体的响应函数, 发现在选取的四种探测激光波长内(600 nm、800 nm、1200 nm、1600 nm), 800 nm的探测激光更合适碲化锌晶体, 1200 nm的激光更合适磷化镓晶体.对于不同厚度的晶体, 存在一个最优化的探测激光波长, 使得该晶体的电光响应函数有最宽的带宽.     

Metal-Coated &lt;100&gt;-Cut GaAs Coupled to Tapered Parallel-Plate Waveguide for Cherenkov-Phase-Matched Terahertz Detection: Influence of Crystal Thickness

The influence of crystal thickness of metal-coated <100>-cut GaAs (M-G-M) on Cherenkov-phase-matched terahertz (THz) pulse detection was studied. The M-G-M detectors were utilized in conjunction with a metallic tapered parallel-plate waveguide (TPPWG). Polarization-sensitive measurements were carried out to exemplify the efficacy of GaAs in detecting transverse magnetic (TM)- and transverse electric (TE)-polarized THz waves. The reduction of GaAs’ thickness increased the THz amplitude spectra of the detected TM-polarized THz electro-optic (EO) signal due to enhanced electric field associated with a more tightly-focused and well-concentrated THz radiation on the thinner M-G-M. The higher-fluence THz beam coupled to the thinner M-G-M improved the integrated intensity of the detected THz amplitude spectrum. This trend was not observed for TE-polarized THz waves, wherein the integrated intensities were almost comparable. Nevertheless, good agreement of spectral line shapes of the superposed TM- and TE-polarized THz-EO signals with that of elliptically polarized THz-EO signal demonstrates excellent polarization-resolved detection capabilities of M-G-M via Cherenkov-phase-matched EO sampling technique.     

Measurement of spatio-temporal terahertz field distribution byusing chirped pulse technology

The authors report the use of an optoelectronic system for the measurement of terahertz (THz) pulses by using chirped pulse technology. This system measures the spatio-temporal distribution of free-space pulsed radiation with an unprecedented data acquisition-rate. Using a linearly chirped optical probe pulse with an electro-optic crystal, a temporal waveform of a copropagating THz field is linearly encoded onto the frequency spectrum of the optical probe pulse and then decoded by dispersing the probe beam from a grating to a detector array. Acquisition of picosecond THz field pulses without using mechanical time-delay devices have been achieved. A single-shot electro-optic measurement of the temporal waveform of a THz pulse has been demonstrated. Unparalleled by other THz sampling techniques, this single-shot method provides what is believed to be the highest possible data-acquisition rate. Temporal resolution, sensitivity, optimal optical bias point of electro-optic modulation, potential applications, and possible improvements are also discussed. In principle, this technique can also be used in magneto-optic measurements     

双波长波片导致的脉冲分离对双色场辐射太赫兹波的影响

由于群速度的偏振依赖性,飞秒激光脉冲入射到双波长波片时出射光脉冲会分离为两个具有一定时间延迟的飞秒激光脉冲。从实验和理论模拟两方面研究了双波长波片导致的脉冲分离现象对飞秒激光双色场成丝辐射太赫兹(THz)波效率的影响。实验结果表明,脉冲分离导致的时间延迟会降低双色场辐射THz波的效率,可通过零级双波长波片缩短分离脉冲之间的时间延迟,有效提高THz波的产生效率。     

飞秒激光作用下光整流晶体的损伤阈值分析

光整流效应是产生太赫兹波的有效途径之一,而产生高功率太赫兹波则需要采用高强度的飞秒激光激励光整流晶体,但激光强度过大会造成晶体损伤,从而严重影响高功率太赫兹波的输出。因此,对光整流晶体的损伤阈值进行研究具有重要的理论意义与实用价值。通过对飞秒激光与非线性光整流晶体材料相互作用物理过程进行分析,建立了飞秒激光作用下光整流晶体损伤阈值的预估模型,比较分析了铌酸锂、碲化锌和硒化锌三种晶体材料的损伤阈值随飞秒激光脉宽的变化规律。结果表明,当飞秒激光的脉宽相对较小时,光致电离在整个作用过程中占主导地位,随着脉宽的增大,雪崩电离逐渐起主要作用;雪崩电离速率和光致电离速率均与晶体的禁带宽度密切有关,光整流晶体材料禁带宽度越大,晶体材料的损伤阈值越高;铌酸锂晶体的损伤阈值明显高于碲化锌和硒化锌晶体,更适合用于高功率太赫兹波的产生。     

太赫兹波在砷化镓波导中的产生与传输

为提高太赫兹(THz)波的产生效率,研究了飞秒激光与GaAs 晶体的相互作用。首先研究了块状GaAs 晶体中泵浦光与THz 波间的相位匹配,结果显示泵浦光的群折射率曲线与THz 波的折射率曲线不存在交点,表明了块状晶体结构中相位失配问题的存在;然后设计了四种不同尺寸的波导结构,根据波导理论计算了波导结构在0.1~6 THz 波段的折射率,并结合波导的吸收和色散参数分析了THz 波在晶体中的最佳传输距离。研究结果表明,GaAs 波导结构能够有效增大泵浦光与THz 波的相位匹配程度,从而提高飞秒激光与晶体耦合过程中THz 波的产生效率。研究为基于飞秒激光与GaAs晶体相互作用的高效THz 产生技术提供了理论依据。     

Half Cycle Terahertz Pulse Generation by Prism-Coupled Cherenkov Phase-Matching Method

Nonlinear optical terahertz wave generation is a promising method for realizing a practical source with wide frequency range and high peak power. Unfortunately, many nonlinear crystals have a strong absorption in the terahertz frequency region. This limits efficient and widely tunable terahertz wave generation. The Cherenkov phase-matching method is one of the most promising techniques for overcoming these problems. We propose a prism-coupled Cherenkov phase-matching method, in which a prism with a suitable refractive index at terahertz frequencies is coupled to a nonlinear crystal. We demonstrate prism-coupled Cherenkov phase-matching terahertz generation using the DAST and LiNbO₃ crystals. With a DAST crystal, we obtain a spectral flat tunability up to 10 THz by difference frequency generation. With a LiNbO₃ crystal, we observe a spectral flat broadband terahertz pulse generation up to 5 THz pumped by a femto second fiber laser. The obtained temporal waveform is an ideal half cycle pulse suitable for reflection terahertz tomography.     

砷化镓类半导体材料在太赫兹波段的透射特性研究

首先给 出了利用光电导天线产生的太赫兹波的时域和频域光谱,进而,基于搭建的太赫 兹时域光谱系统, 并采用透射光谱法分别测量了砷化镓类型的三种半导体材料在太赫兹波段的透过率。结果表 明,基于光电导 天线产生的太赫兹波在0~2THz范围内,光谱比较稳定,频率带宽比 较宽;砷化镓半导体材料在0~2.0THz 范围内的透过率的变化相对较小,具有较高的透过率(>60%),并且 明显优于碲化锌以及碲化镉半导体 材料在太赫兹波段的透过率。因此,相比于碲化锌以及碲化镉半导体材料而言,砷化镓半导 体材料更适用于设计宽频带的太赫兹功能器件。