GaP,GaAs和PPLN晶体级联差频产生太赫兹辐射

研究周期极化磷化镓晶体(GaP)、砷化镓晶体(GaAs)和周期极化铌酸锂晶体(PPLN)准相位匹配级联差频产生太赫兹辐射,相较于差频过程,级联过程太赫兹辐射输出功率增大9.5倍。通过分析三波耦合方程,计算并比较晶体的波矢失配量、极化周期和太赫兹功率,结果显示,基于GaP晶体产生的太赫兹功率略大于GaAs晶体输出的功率;GaAs晶体的极化周期最小;PPLN晶体的波矢失配量和极化周期取值范围最小,而输出的太赫兹功率和转换效率最高。建立基于周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO:PPLN)准相位匹配原理的宽调谐激光系统,分析吸收因子对输出太赫兹功率的影响,计算级联差频峰值功率和转换效率。十五阶峰值功率3.72 MW,泵浦光总能量到太赫兹辐射能量的转换效率是3.72%。     

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。     

耦合级联光学差频高效产生太赫兹波的研究

本文提出了一种耦合级联光学差频（CCDFG）高效产生太赫兹波的方法。利用耦合光学参量效应产生的双信号光和双闲频光在同一块非周期极化铌酸锂（APPLN）晶体中分别激励一套级联光学差频（CDFG）并产生太赫兹波。频率、偏振方向、传播方向完全相同的太赫兹波将两套CDFG强烈地耦合在一起。CCDFG可以利用两套CDFG共同产生并放大太赫兹波,而产生的太赫兹波又反过来增强CCDFG,进一步驱动CCDFG向更高阶斯托克斯差频扩展,从而大幅提高了太赫兹波能量转换效率。经计算可知,在100 K和300 K温度下,CCDFG产生太赫兹波的能量转换效率分别为37%和4.6%,比相同条件下双信号光和双闲频光激励的两套CDFG的能量转换效率之和分别提高了40%和60%以上。     

OH1晶体中级联光学差频效应产生太赫兹波

理论分析了有机晶体2-[3-（4-hydroxystyryl）-5,5-dimethylcyclohex-2-enylidene]malononitrile（OH1）中基于共线相位匹配级联光学差频产生太赫兹波的物理过程。从耦合波方程出发分析了级联斯托克斯过程和级联反斯托克斯过程,计算了太赫兹波的强度和量子转换效率。相对于非级联光学差频过程,13阶级联光学差频产生的太赫兹波强度增大了15.96倍。13阶级联光学差频中太赫兹波的量子转换效率为1377%,超过了Manley-Rowe关系的限制。     

基于受激声子极化激元的太赫兹波传输调控与非线性效应研究

太赫兹波与离子晶体中光学声子耦合形成的受激声子极化激元,为太赫兹波在晶体材料中的传输调控和非线性增强提供了有效途径,进而为强场太赫兹科学技术的发展开辟了新的可能性。从物理概念、实验方案、调控手段等方面简要回顾了受激声子极化激元相关的研究进展,分析了受激声子极化激元作用下太赫兹波对光与物质相互作用机制的影响,展望了受激声子极化激元在未来强场太赫兹科学技术中的发展潜力与应用前景。     

太赫兹量子级联激光器有源区增益分析和设计

太赫兹量子级联激光器(QCL)有源区设计主要包括啁啾超晶格、束缚-连续态跃迁和共振声子等模式。本文利用密度矩阵方法模拟太赫兹QCL光增益谱的基本特征,特别是通过分析太赫兹QCL光增益特性与子带寿命的依赖关系,理解太赫兹QCL对超晶格子带间非辐射跃迁寿命的要求。进而根据这些要求给出一种基于束缚-连续态跃迁和共振声子混合模式的太赫兹QCL有源区设计方案,利用纵光学声子共振帮助缩短束缚-连续态跃迁模式中下辐射态寿命。     

非共线相位匹配太赫兹波参量振荡器级联参量过程的研究

在铌酸锂晶体非共线相位匹配太赫兹波参量振荡器中观察到了级联光学参量效应.实验中测量到了一阶、二阶和三阶斯托克斯光.通过分析一阶、二阶和三阶斯托克斯光谱发现相邻阶斯托克斯光频率差相等,表明在太赫兹波的产生过程中发生了级联光学参量效应.在高阶级联光学参量过程中,一个泵浦光子可以产生多个太赫兹光子,表明在太赫兹波产生过程中量子转换效率会有效提高.     

太赫兹波光学参量效应放大特性的理论研究

针对太赫兹波光学参量效应中增益介质对太赫兹波强烈吸收的特点,提出光学参量效应中泵浦光、斯托克斯光和太赫兹波三波共线相互作用可以有效放大太赫兹波。以周期极化铌酸锂晶体为例,通过解耦合波方程,在不同的近似条件下分析了前向和后向太赫兹波的放大特性。计算结果表明,在太赫兹波吸收系数远大于太赫兹波增益系数的条件下,泵浦光、斯托克斯光和太赫兹波三波共线作用可以有效提高太赫兹波功率。分析结果对周期极化铌酸锂晶体光学参量振荡产生太赫兹波的实验研究提供深入和全面的理论基础。     

基于全光纤高相干参量过程差频产生太赫兹

实现了基于全光纤参量过程的高相干光差频产生太赫兹波。采用超长腔锁模光纤激光器产生的窄谱宽、低重复 率的光做泵浦,利用光纤参量过程产生一对高相干的种子光。经功率放大后在DSTMS 有机晶体中差频产生1.25THz 的 太赫兹波,脉冲宽度小于700ps,谱宽小于512MHz。     

基于全光纤高相干参量过程差频产生太赫兹

实现了基于全光纤参量过程的高相干光差频产生太赫兹波。采用超长腔锁模光纤激光器产生的窄谱宽、低重复率的光做泵浦,利用光纤参量过程产生一对高相干的种子光。经功率放大后在DSTMS有机晶体中差频产生1.25THz的太赫兹波,脉冲宽度小于700ps,谱宽小于512MHz。     

共振声子太赫兹量子级联激光器研究

针对四阱有源区、一阱注入区及三阱有源设计,采用蒙特卡洛模拟方法研究了共振声子太赫兹量子级联激光器的性能差异。采用傅里叶变换光谱仪及远红外探测器测量了四阱共振声子太赫兹量子级联激光器的低温电光特性。详细讨论了提高太赫兹量子级联激光器发射功率的方案。     

基于CO2激光的AgGaS2差频产生太赫兹波的数值分析

采用中红外CO₂激光差频产生太赫兹波是提高转换效率和输出功率的一种有效方法。根据差频过程中的三波互作用对AgGaS₂晶体进行了理论分析,数值模拟了oeo类和oee类两种匹配条件下差频产生太赫兹波的角度调谐曲线,并计算了光波在晶体中的走离角和允许参量。另外,还考虑了晶体的有效非线性系数和理论功率转换效率。研究结果表明,AgGaS₂晶体适用于中红外CO₂激光差频产生可广泛调谐的太赫兹波。     

产生太赫兹辐射源的Nd∶YAG双波长准连续激光器

产生太赫兹波辐射的方法可分为电子学和光子学两大类。在光子学领域,非线性光学差频方法是获取高功率、低成本、便携式、室温运转太赫兹波的主要方法之一。实验研究了激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YAG1319nm/1338nm双波长准连续线偏振运转激光器,理论计算了输出双波长在非线性晶体DAST(4-N,N-di methylamino-4′-N′-methyl-stilbazolium tosylate)中差频产生太赫兹辐射的平均功率。在重复频率50kHz时,双波长激光平均输出功率达到2.22W,斜率效率12.72%,线偏振度0.983,脉冲宽度71.91ns。M2因子仅为1.165,不稳定性小于0.487%。根据非线性差频理论,计算出可在1mm厚DAST晶体中获得4.71mW的3.23THz高相干性太赫兹波辐射。这两条非常接近的谱线为进一步通过非线性光学差频方法获得高相干性太赫兹波提供了理论基础。     

二氧化钛光子晶体波导的太赫兹波传输特性

本文应用时域有限差分法研究了二维二氧化钛光 子晶体波导的禁带范围和太赫兹波的 传输特性,分别设计了带隙宽度为0.226 THz 、0.2728 THz和0.316 THz的直线型、直角型和T 型二氧化钛光子晶体波导结构。研究发现,相比传统波导,本文设计的二维二氧化钛光子晶 体波导不仅在直线路径中有较高的太赫兹波传输效率,而且在转角的路径中也有很高的太赫 兹波传输效率。此研究结果为太赫兹器件的设计和制作提供重要理论依据,为高速宽带无线 通信系统的发展提供重要理论借鉴。     

太赫兹传输波导器件研究进展

随着太赫兹技术的发展,太赫兹传输波导器件的研究成为待解决的重要问题之一。太赫兹波位于微波与红外光之间,寻找高效的传输、耦合器件一直是研究人员的目标。主要介绍了太赫兹传输波导研究现状,并总结了各类型太赫兹波导的优势与不足。根据材料与结构分别对金属波导、介质波导的研究进展进行了分析。其中金属波导包括裸金属线波导、微结构波导、空芯波导以及平板波导,介质波导包括介质空芯波导、多孔芯波导以及微结构波导。最后分别对太赫兹传输波导未来需要解决的研究方向进行了展望。     

基于LiNbO3光整流效应的高峰值功率太赫兹源

基于光整流效应,通过倾斜泵浦光波前(TPFP)在铌酸锂晶体中实现相位匹配,是一种有效的产生太赫兹辐射的方法。建立了一种更完备的基于波面倾斜的产生太赫兹波的理论模型,用于分析不同泵浦光偏振下产生太赫兹波的转换效率。搭建了基于铌酸锂晶体光整流效应的高峰值功率太赫兹源和太赫兹时域光谱系统,并利用太赫兹面阵探测器对获得的太赫兹辐射进行了分析。结果表明,所获得的太赫兹辐射单脉冲峰值功率达到0.56 MW,频谱宽度为0.1 THz~2 THz,转换效率为0.56‰,与理论模拟结果相符。     

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。     

产生太赫兹辐射源的Nd:YAG双波长准连续激光器

产生太赫兹波辐射的方法可分为电子学和光子学两大类.在光子学领域,非线性光学差频方法是获取高功率、低成本、便携式、室温运转太赫兹波的主要方法之一.实验研究了激光二极管(LD)端面抽运Nd:YAG1319 nm/1338 nm双波长准连续线偏振运转激光器,理论计算了输出双波长在非线性晶体DAST(4-N,N-dimethylamino-4'-N-'methyl-stilbazolium tosylate)中差频产生太赫兹辐射的平均功率.在重复频率50 kHz时,双波长激光平均输出功率达到2.22 W,斜率效率12.72%,线偏振度0.983,脉冲宽度71.91 ns.M2因子仅为1.165,不稳定性小于0.487%.根据非线性差频理论,计算出可在1 mm厚DAST晶体中获得4.71 mw的3.23 THz高相干性太赫兹波辐射.这两条非常接近的谱线为进一步通过非线性光学差频方法获得高相干性太赫兹波提供了理论基础.     

基于金属周期槽阵列的太赫兹带阻滤波器

提出了一种结构简单的新型太赫兹带阻滤波器。滤波器结构为内表面刻有方型槽阵列的平行平板波导。太赫兹波入射时,在周期结构表面激发出只与表面几何结构有关的表面等离子波。有限元法仿真结果表明:平行平板波导中波导模式的基模转换为表面等离子模式,该模式和高阶波导模式之间产生能带间隙,频率在该间隙频段内的太赫兹波将无法在波导内传播,从而实现带阻滤波功能。通过错位法,可以对该结构进行改进,使该阻带与较高频阻带间的通带增大,使结构更符合带阻滤波器的要求。通过改变两板间距,槽宽和槽深各参数可以得到不同带宽和中心频率的阻带。     

共振声子THz QCL有源区结构设计

利用Airy函数代换与传输矩阵方法精确计算了有外加偏压下电子在共振声子太赫兹量子级联激光器有源区单个周期内的透射系数与波函数,得到了不同偏压下的电子波函数分布以及准束缚态能级位置与外加偏压的关系曲线.在仿真计算的基础上设计了一种共振声子太赫兹量子级联激光器的有源区结构.计算结果表明,对于设计的结构,当单个周期两端的外加...