光泵CH3F气体产生THz波的实验研究

太赫兹(THz)波具有很高的研究价值和广阔的应用前景,实现THz技术广泛应用的关键之一是研制高功率、高能量、高效率、室温运行、可调谐、低成本和便携式的THz光源。光泵气体THz激光器具有功率高,能量大,波长范围广,技术可靠等优点,在透视成像和无损检测等领域成为可靠的THz源。本文对利用横向激励高气压(TEA) CO2激光器9P(20)支线泵浦CH3F气体产生的496 μm THz波进行实验研究,并对影响THz波能量输出的主要因素进行分析讨论。实验中获得的最大THz波脉冲能量为57.14 μJ,输出波长为490 μm。     

硅棱镜耦合输出THz波参量振荡器的实验研究

利用一块MgO:LiNbO3晶体,采用Si棱镜耦合出射方式构成太赫兹(THz)波参量振荡器,实现了高效可调谐的THz波输出,调谐范围为0.95～2.10THz。在1.80THz处,当泵浦能量为101mJ时,产生的THz波平均功率为580nW,THz波单脉冲能量为58nJ,THz波能量转换效率为5.74×10-7;同时产生的Stokes能量为2.7mJ。实验中,观察到了一阶和二阶Stokes光,一阶Stokes光与泵浦光的频差等于产生的THz波的频率。     

高能量、快速可调谐太赫兹参量振荡器

基于受激电磁耦子散射的太赫兹(THz)波参量振荡器是产生高能量、相干THz波的有效手段之一,实验中采用垂直晶体表面出射结构,在1.63 THz处实现了最高单脉冲能量为634 nJ的THz波输出。利用电控振镜快速改变泵浦光入射到MgO:LN晶体中的角度,实现了0.75 THz~2.81 THz范围内的快速调谐,该辐射源可以满足THz波在生物医学、太赫兹通信、环境监测等应用领域的需求。     

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。     

KTP和KTA晶体在3～6THz波段的折射率测量

利用太赫兹(THz)光参量发生器,测量了KTP晶 体和KTA晶体在3~6THz波段的折射率。利用一束 脉冲宽为5ns的Nd:YAG 1064nm激光作为泵浦源,分别泵浦KTP晶体 和KTA晶体,获得了一束宽谱 的Stokes光;测量了泵浦光和产生的Stokes光的非共线相位匹配角度以及对应Stokes光的波 长,通过计算 得出了KTP晶体在3.07~6.12THz波段对应的折射率为2. 81~5.05;KTA晶体在3.71~6.19THz波段对应的折射率为3.26~4.68。     

表面出射太赫兹波参量振荡器的设计与增强输出

利用一台多纵模调Q Nd:YAG激光器泵浦的浅表垂直发射太赫兹波参量振荡器参量产生了高功率可调谐太赫兹波辐射。推导了非共线相位匹配条件下的有效参量增益长度以优化太赫兹波参量振荡器参数。实验测得太赫兹波的调谐范围为0.77~2.83 THz。当泵浦功率密度为222.3 MW/cm2时,在1.78 THz处太赫兹波的最大输出能量为347.8 nJ/pulse,对应的能量转化效率为3.9110-6。太赫兹波在垂直方向上的远场发散角为0.020 4 rad,在水平方向上为0.006 8 rad。     

金属波导连续光泵气体太赫兹激光器

针对紧凑型光泵气体太赫兹激光器(OPTL)技术,设计并研制了全金属波导结构的气体太赫兹(THz)激光器原理样机.THz激光器工作介质为CH_3OH气体,最佳工作气压30 Pa,在波长9.69μm、连续功率44 W的9P(36)支CO_2激光泵浦下,实验测得在2.52 THz频点输出功率150 m W,光子转换效率为8.4%.研究THz激光输出功率与CH_3OH工作气压、泵浦光功率的关系、以及THz激光输出稳定性,并通过压电陶瓷对THz激光腔长进行精密调节,同时测量输出功率的变化情况,讨论了金属波导THz激光器的纵模特性.实验工作与结果为下一步紧凑型折叠波导腔全金属OPTL的研制提供了参考.     

太赫兹参量源研究进展

太赫兹参量源是一种激光驱动的太赫兹辐射源,它具有高相干性、可调谐、室温运转等优点。在简要介绍太赫兹参量源的基本原理后,重点总结了近年来国内外对太赫兹参量源的代表性研究成果,主要包括:1)太赫兹参量源中常用的几种非线性晶体,包括铌酸锂、磷酸钛氧钾、砷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷; 2)大单脉冲能量太赫兹参量源,主要产生方法包括使用垂直表面出射结构、使用环形腔、增加非线性晶体损伤阈值等,目前报道的最大单脉冲能量达到17μJ; 3)高平均功率太赫兹参量源,主要产生方法包括使用半导体激光器侧面泵浦激光器、兼顾提高泵浦光脉冲能量和脉冲重复频率等,目前报道的最大平均功率为367μW; 4)太赫兹参量源的理论模拟,主要包括以耦合波方程为基础的,分别针对太赫兹参量产生器、种子注入式太赫兹参量产生器、内腔泵浦与外腔泵浦太赫兹参量振荡器建立的理论模型。     

LiNbO3晶体的太赫兹参量振荡器设计

采用参量振荡方法实现太赫兹辐射(THz-wave Parametric Oscillator,TPO),因只需一个固定波长的泵浦源和一块非线性晶体,且具有非线性转换效率高、调谐简单而倍受瞩目.以LiNbO3晶体为例,采用Q调制的Nd:YAG激光器(1.064μm)为泵浦源,角度匹配的非共线相位匹配方式,设计了太赫兹参量振荡器,实现了当入射角α从8.2°变化到14°,相位匹配角θ相应地从16.2°变化到54.75°,太赫兹波与泵浦光之间的夹角β从8.84°～67.88°,闲频光从1.068μm变化到1.079 6μm,太赫兹波从284～74μm(1～4 THz)的连续太赫兹波振荡.     

基于石墨烯的光控太赫兹调制器

研究了锗基单层石墨烯结构宽带光控太赫兹调制器。利用实验室搭建的太赫兹时域光谱系统,实验证明了在1 550 nm飞秒光泵浦下,该太赫兹调制器工作带宽为0.2~1.5 THz。当泵浦光功率从0增加到250 mW时,该太赫兹波调制器的平均透过率从40%下降到22%,平均吸收系数从19 cm-1增加到44 cm-1,在0.2~0.7 THz,调制深度均高于50%,最大调制深度为62%（0.38 THz）。实验结果表明,相比于纯锗基太赫兹调制器,单层石墨烯的引入能增强对太赫兹波的调制效果。