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。     

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。     

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.     

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。     

在极化声子共振区基于级联差频产生高频太赫兹波

提出了一种在晶体极化声子共振区利用级联差频在Mg O∶Li Nb O3平板波导中产生高频太赫兹波的方法。不同于传统的基于两束近红外光直接差频产生太赫兹波,本文首先利用两束近红外光在周期极化铌酸锂(PPLN)晶体中产生低频太赫兹波和一系列级联光,然后将上述级联光耦合导入平板波导中,通过改变平板波导的尺寸优化各阶差频的相位失配分布,经级联差频高效产生高频太赫兹波。借助Mg O∶Li Nb O3晶体极化声子共振区巨大的非线性光学系数,以及Mg O∶Li Nb O3平板波导中被降低的太赫兹波吸收系数,在室温下通过输入两束强度均为100 MW/cm2的差频光,得到了频率为5 THz的高频太赫兹波,太赫兹波强度为88.2396 MW/cm2,能量转换效率为44.12%。本文为产生高频、高功率太赫兹波提供了一种全新方法,可以推动高频太赫兹波在未来高速无线通信领域的应用。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

基于光学技术的太赫兹相干辐射源研究

由于太赫兹辐射的独特性质和潜在的应用价值, 国内外关于太赫兹波的产生和探测的研究正呈现日益繁荣的景象, 目前太赫兹相干辐射源的研究已成为太赫兹技术领域最重要的前沿课题之一。介绍了产生太赫兹相干辐射的三种主要途径：一是光学技术, 它从高频向低频发展, 其代表为太赫兹激光器, 如气体激光器、半导体激光器和量子级联激光器等; 二是电子学技术, 它由低频向高频发展, 如微波管、固体微波源等; 三是光电子技术, 其频率由1 THz向两侧展宽, 采用超快激光脉冲触发产生太赫兹脉冲。设计了基于光学技术的太赫兹相干辐射系统, 该装置根据气体振转能级跃迁原理, 采用高压直流激励方式产生受激辐射, 波导管谐振腔体, 工作气体为N2, CD4和D2, 经过优化设计, 预计可以产生1.54 THz和1.58 THz的波连续输出。     

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。     

低损耗传输太赫兹波的Topas多孔纤维设计

以新型聚合物材料Topas环烯烃共聚物（COC）为基质,设计了一种能够低损耗传输太赫兹波的多孔纤维。应用全矢量有限元方法对传输特性的研究结果表明,该Topas多孔纤维在太赫兹波段具有宽带低损耗、低色散的特性:0.4~1.5 THz范围内的损耗小于0.2 cm-1;0.48~1.5 THz范围内的色散为1.80.3 psTHz-1cm-1。所设计的多孔纤维兼顾了结构简单、易于制备的特点。研究结论为Topas太赫兹波导的制备提供了理论指导。     

高非线性光纤中光子对产生中的噪声及其抑制

在高非线性光纤中产生高质量的光子对对于量子信息的应用具有重要意义.在分析基于光纤中四波混频效应产生光子对原理的基础上,指出了影响光子对产生噪声的主要因素.讨论了抑制噪声的几种可能的方法,采用冷却光纤、短脉冲泵浦光源和狭窄的滤波宽度和增大四波混频的信号和闲频光带宽等方法可以有效地降低噪声,从而为高效产生光子对提供了依据.     

Kilowatt-peak Terahertz-wave Generation and Sub-femtojoule Terahertz-wave Pulse Detection Based on Nonlinear Optical Wavelength-conversion at Room Temperature

Intense Terahertz (THz)-wave generation and highly sensitive THz-wave detection were obtained by wavelength conversion with nonlinear optical susceptibility χ⁽²⁾ of LiNbO₃ crystals. Maximum peak output of about 50 kW (5 μJ/pulse) was demonstrated in an injection-seeded THz-wave parametric generator pumped by post-amplified emission from a microchip Nd:YAG laser. Using the sub-nanosecond pulse duration of the laser proposed herein provides effective mitigation of stimulated Brillouin scattering in LiNbO₃, producing higher gain for wavelength conversion between near-infrared (near-IR) pump light and THz waves. Monochromatic THz radiation was obtained in the continuous tuning range of 0.7–2.9 THz. Additionally, highly sensitive THz-wave detection was demonstrated based on up-conversion from THz waves to near-IR light as well as efficient THz-wave generation. The signal generated with non-collinear phase-matching condition showed spectroscopic detection on the screen apart from the LiNbO₃ crystal. Highly sensitive detection with minimum energy of about 80 aJ/pulse (0.8 μW at peak) and a large dynamic range of more than 100 dB were achieved in this experiment.     

光电导太赫兹天线及其研究进展

太赫兹科学技术是一门新学科,其关键技术是太赫兹波的产生。光电导天线是目前产生宽频带太赫兹波最重要的方法之一。光电导天线的几何结构对提高天线在太赫兹频段的效率、方向性、带宽等都非常重要。因此有必要对光电导太赫兹天线的各种几何结构和国内外研究进展做较为全面的评述,对其中存在的问题和解决思路进行分析,对未来研究发展的方向进行探讨。     

Ultra-Wideband Pulse Generation Based on Cross-Gain Modulation in Fiber Optical Parametric Amplifier

A novel approach to generate ultra-wideband (UWB) monocycle or doublet pulse using cross-gain modulation in fiber optical parametric amplifier is demonstrated in a single experimental setup. The high-speed optical parametric process realizes the signal amplification, idler generation, and pump depletion simultaneously within femtosecond response time in the highly nonlinear fiber. After the combination of the three lightwaves with a suitable time delay between them, UWB pulse is obtained. A selective generation of monocycle or doublet pulse can be made by altering the optical attenuators without changing the wavelengths or the powers of the pump and the signal. In our experiment, high-quality UWB monocycle and doublet pulses with a fractional bandwidth of 115% and 126% were generated.      

可调谐超短中红外激光脉冲的参变产生与放大及其最新进展

介绍了基于非线性光学参变过程产生和放大中红外可调谐超短激光脉冲的主要方法,比较了参变振荡、差频产生、光学参变放大和啁啾脉冲光学参变放大等4种产生与放大方法的技术特点,重点评述了最近10年来国内外利用光学参变放大和啁啾脉冲光学参变放大实现大增益宽带和高峰值功率输出的最新进展.探讨了获得更高能量/功率和更短脉冲(更大带宽)...     

基于光学方法的太赫兹辐射源

太赫兹波技术在物理、化学、生命科学等基础研究学科,以及医学成像、安全检查、产品检测、空间通信、武器制导等应用学科都具有重要的研究价值和应用前景,而太赫兹辐射源正是太赫兹技术发展的关键部分。概述了基于光学方法产生太赫兹辐射的几种常用方法,着重叙述了利用非线性光学差频技术和基于横向晶格振动光学模受激电磁耦子散射过程的太赫兹参量振荡技术工作原理,以及目前的研究状况,并对这两种方法产生太赫兹波辐射源未来的发展方向进行了展望。