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。     

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。     

基于光子晶体自准直效应的太赫兹波开关

利用光子晶体的自准直效应和砷化镓(GaAs)介 质的光学特性,提出了一种基于介质板 空气孔型的二维正方晶格光子晶体的光控太赫兹(THz)波开关。波长为810nm的激光器作为 泵浦光源,通过光照改变GaAs介质材料折射率的方法,控制THz波的导通和截止;利用光 子晶体的自准直效应,可以实现光束在光子晶体中的无衍射传输。利用Rsoft软件,结合平 面波展开法(PWE) 和二维时域有限差分法(2D-FDTD) ,对提出的THz波开关进行了仿真研 究。结果表明:本文方案可以实现THz波开关功能,其响应速度为107.12ps,消光比为27.65dB, 插入损耗为0.086dB,对入射的THz波具有一定的角度容差;并且结 构简单,易于集成,在未来THz波无线通信技术中具有重要的应用价值。     

高效大功率全固态1.5 μm腔内光参量振荡器

基于KTA和KTP非线性光学晶体,在全固态大功率1.5μm光参量振荡(OPO)方面做了相关的实验研究,将激光二极管(LD)侧面抽运Nd:YAG 1064 nm高功率激光模块应用于腔内KTA-OPO设计中,获得了高效稳定的光参量输出.当重复频率为18 kHz时,1.53 μm信号光功率和脉宽分别为13 W和5.46 ns,3.4μm休闲光输出功率为3 W.作为比较,对基于KTP晶体的腔内光参量振荡特性也进行了实验研究.结果发现,由于KTA晶体在3.4μm波段的吸收相对KTP晶体来说可以忽略,热效应的影响大为降低,可获得比KTP-OPO更高的输出功率和转换效率.     

KTA和KTP晶体参量激光特性研究

讨论了激光二极管阵列(LDA)侧面泵浦声光调Q Nd:YAG内腔式光学参量振荡器(OPO)的阈值特性;在相同的实验条件下,对比分析了KTA和KTP晶体参量激光输出特性.当声光重复频率为4kHz,输出镜透过率为30%,泵浦电流为14.5A时,波长为1.57μm,KTA晶体参量激光平均输出功率最大为613.4mW,脉冲宽度约2.5ns,峰值功率超过61kW.     

光子晶体THz器件的研究进展

近年来,随着国际上掀起的太赫兹(Terahertz,THz)研究热,太赫兹科学技术的发展更为迅速.但是,对于THz的各种功能器件,利用基于经典电磁理论的微波技术手段或者利用基于量子理论方法的光学技术手段都遇到了很大的困难.90年代末,随着频率禁带处在THz波段的光子晶体(Photonic crystal,PC)制作方法和技术的提高,基于光子晶体的THz器件应运而生.为此,就国际上在光子晶体THz滤波器,光子晶体THz波导,光子晶体THz光纤和光子晶体THz谐振腔方面所做的主要工作和研究成果进行了较详细的论述分析及归纳总结,并对光子晶体THz器件未来的发展提出了几点看法.     

Nd~(3+):YAG/KTiOAsO_4可调谐拉曼激光器

将KTiOAsO_4(KTA)Stokes参量振荡器置于LD侧面泵浦的1064 nm调Q Nd~(3+):YAG谐振腔内,通过KTA晶体的非共线受激电磁耦子散射获得在1078.20～1088.20 nm范围内不连续调谐的Stokes激光。该Stokes激光又作为共线拉曼激光器的泵浦源在同一块KTA晶体中实现了受激拉曼散射,通过设计Stokes谐振腔的输出镜透过率,选择对一阶拉曼光进行输出,其在1106.08～1116.62 nm范围内不连续调谐。当LD泵浦功率为94.20 W,重复频率为5 kHz时,在1116.34 nm处得到了最大功率为1.62 W的拉曼激光输出。     

铌酸锂晶体中参量振荡产生高功率可调谐太赫兹波的实验研究

利用一块大体积MgO:LiNbO3晶体,采用浅表垂直出射方式构成太赫兹(THz)波参量振荡器(TPO),实现了高功率可调谐的THz波输出,调谐范围为0.8~2.8 THz。当抽运功率密度为197.4 MW/cm2时,在1.73 THz处每个THz脉冲的最大输出能量为173.9 nJ,对应的能量转换效率为2.2×10-6。实验过程中观察到了一阶和二阶斯托克斯(Stokes)光,一阶Stokes光相对于抽运光的频移等于产生的THz波的频率。     

KTA晶体用于光参变振荡产生2μm激光的研究

为了研究如何产生2μm 激光,提出将KTA晶体用于光参变振荡来产生2μm 激光的方法,通过对比KTA与KTP晶体的非线性性能,从理论上论证了该方法的可行性;并从光学频率变换所遵循的能量守恒与动量守恒出发,利用KTA晶体的Sellmeier方程、根据折射率椭球方程计算出了晶体的切割角度,绘制出了角度调谐和波长的关系曲线图;比较了两种切割方式下的晶体有效非线性系数的大小,通过比较,得出φ=0°,θ=48.37°切割的晶体具有更好的非线性特性的结论;并对该晶体的走离角、允许角、可接受带宽进行了计算,解决了KTA-OPO设计的最基本问题,为下一步的试验工作开展打下了基础.     

低频移拉曼模式多阶级联的1.7 μm激光器

基于固体介质的拉曼频率变换是产生新波段激光的有效技术方案。利用1572 nm KTP光参量振荡器腔内泵浦KGW晶体,实现了1616 nm （2阶）、1638 nm （3阶）、1662 nm （4阶）、1686 nm （5阶）、1711 nm （6阶）拉曼激光输出,其中1711 nm占据主导地位。激光器最大总平均输出功率为1.13 W,最小脉冲宽度为20 ns。该多阶级联拉曼变频对应的单阶平均拉曼频移为86 cm?1,与文献报道的KGW晶体低频拉曼模式相吻合。采用1572 nm KTP光参量振荡器作为拉曼激光器的腔内泵浦源有两个优势,一方面可以有效拓展拉曼变频的输出波长,另一方面可以基于光参量振荡器的脉冲窄化特性为后续多阶拉曼转换提供高强度的泵浦光。通过引入多阶级联拉曼变频的方案,为有效利用固体介质非常规低频移拉曼模式提供了新思路。     

光泵THz激光器输出特性的影响因素分析

设计稳定可靠的THz激光器, 缩小THz激光器的体积一直是THz领域的研究热点。基于速率方程组, 建立了光泵THz激光器的理论模型。数值模拟和分析了不同工作温度、腔内压强、腔尺寸、泵浦光波动等因素对THz激光输出产生的影响。研究结果表明: 泵浦光功率越高, THz激光输出对工作温度的变化越敏感, 则越有必要建立稳定可靠的温度控制系统;在保持功率输出一定的前提下, 通过适当提高THz激光腔内工作气体压强, 可以缩小THz激光器的体积;泵浦光功率越低, THz激光的输出性能对泵浦光功率波动及频率漂移越敏感, 此时, 需要对泵浦光稳定性进行控制, 更为关键的在于控制泵浦光的频率稳定性。     

7.5 mol-% Nb:KTP晶体折射率温度系数的表达式

基于不同温度下主折射率的测量结果,报道了7.5mol-% Nb:KTP晶体作为波长函数的折射率温度系数的表达式.利用该式可以计算539.75～1079.5nm波长范围内7.5mol-% Nb:KTP晶体的折射率温度系数.计算结果与测量结果具有较好的一致性.     

7.5mol-% Nb∶KTP晶体折射率温度系数的表达式

基于不同温度下主折射率的测量结果 ,报道了 7 5mol %Nb∶KTP晶体作为波长函数的折射率温度系数的表达式。利用该式可以计算 539 75～ 10 79 5nm波长范围内 7 5mol %Nb∶KTP晶体的折射率温度系数。计算结果与测量结果具有较好的一致性。     

基于内腔的KTP光参量振荡器的腔型结构研究

实验通过设计合适的光参量振荡器(OPO)腔型结构,实现了内腔OPO的脉冲输出。采用电光调Q方式、闪光灯泵浦Nd∶YAG晶体实现高光束质量的1.064 μm基频光对Π类非临界相位匹配KTP晶体进行激发,产生1.57 μm人眼安全波段激光。对OPO 的输出波形、输出能量进行测量。在不同腔镜曲率半径下分别对OPO输出能量进行测量,绘制成泵浦电压与输出能量之间的关系,在反射镜曲率半径8 m时得到最大光-光转换效率为14.2%。这与软件模拟的实验结果一致。     

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.     

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 .     

LD泵浦的1.34 μm Nd:YVO4晶体高效率激光器

报道了光纤耦合输出大功率LD模块泵浦的1.34 μm Nd:YVO4晶体高效率激光器,在泵浦功率为6.6 W时,激光输出达2.27 W,光-光转换效率为34.4%,斜效率达45%.利用KTP晶体进行腔内倍频,得到70 mW的0.67 μm激光输出.     

Ar+激光器泵浦的连续光学参量振荡器的理论设计

对Ar 激光器产生的514.5nm的连续光泵浦KTP晶体的光学参量振荡器(CW - KTP -OPO)做了理论分析,讨论了KTP晶体采用Ⅱ类临界相位匹配(CPM)时的角度调谐曲线、有效非线性系数以及走离角,并针对所设计的条件计算了KTP晶体的泵浦阚值.合理设计腔内各个器件的参数,最终确定晶体切割角度为θ=67°,ψ=0°,此时可以产生中心波长为1.55μm的信号光.     

走离补偿结构的纳秒脉冲光参量振荡器

采用光参量振荡器(OPO)作为差分吸收(IPDA)雷达发射器实现对大气中CO2浓度的主动探测是目前研究的热点,针对双晶体走离补偿结构的纳秒脉冲KTA光参量振荡器进行了详细的研究。将单频脉冲激光器作为泵浦源,采用环形OPO谐振腔设计,两块临界切割KTA晶体走离补偿放置,实现了脉冲重复频率为100 Hz,脉冲宽度为6.8 ns,单脉冲能量为1.43 mJ的1.57μm激光输出,泵浦光-信号光能量转换效率为13.1%,同时对信号光输出功率、光谱的稳定性进行了测量。为实现双波长OPO运转,提出并测量种子注入接收带宽,为下一步的种子注入实验提供设计依据。实验结果表明:稳定环形腔结构的纳秒OPO能够满足IPDA发射器的需要。     

LD端面泵浦Nd∶YVO_4/KTP连续绿光激光器热效应研究

针对Nd∶YVO4晶体热传导各向异性的特点,在泵浦光为高斯光束、泵浦尺寸小于通光面的情况下,求解晶体热传导方程,得到晶体中各点的精确温度,从而分析LD端面泵浦固体激光器的热效应。在理论分析的基础上,优化腔形,设计了V形折叠腔Nd∶YVO4/KTP腔内倍频连续绿光激光器,在泵浦功率为15W时,1064nm和532nm激光输出功率分别为7.42W和4W,光-光转换效率为49.5%,26.7%。