垂直表面輸出太赫茲參量振蕩器的研究.pdf

1、天津大學碩士學位論文垂直表面輸出太赫茲參量振蕩器的研究垂直表面輸出太赫茲參量振蕩器的研究Researchonsurfaceemittedterahertzparametricoscillats學科專業(yè)：光電子技術(shù)研究生：蔣浩指導教師：徐德剛副教授天津大學精密儀器與光電子技術(shù)學院二零一二年十一月摘要太赫茲作為現(xiàn)階段重要的前沿交叉學科，在生物醫(yī)學、空間通訊、安防檢測、指紋識別、環(huán)境監(jiān)測等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但是現(xiàn)階段仍然缺乏可靠的、低成

2、本的、高功率的太赫茲輻射源。針對此問題，本文主要探討了垂直表面輸出光學參量振蕩產(chǎn)生太赫茲波的研究，相比與電子學方法或者是其他光子學方法，采用此種機制產(chǎn)生太赫茲波有著寬調(diào)諧、窄線寬、室溫運轉(zhuǎn)、高功率、低成本、無需耦合介質(zhì)等優(yōu)點，是一種有著重要研究價值的太赫茲輻射源。本文要點歸納如下：1.歸納了基于光學參量振蕩產(chǎn)生太赫茲波的各種技術(shù)要點，并比較了太赫茲波的不同耦合方式，總結(jié)出垂直表面輸出具有結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)諧方便，無需使用耦合媒介，太赫茲吸收系

3、數(shù)小等優(yōu)點。2.理論上研究了光泵浦電磁耦子輻射太赫茲波的閾值、增益等特性。基于非線性耦合波方程，考慮了內(nèi)腔、外腔參量振蕩的區(qū)別，采用了不同的Stokes光的增益公式，得到了太赫茲參量振蕩閾值、太赫茲波增益系數(shù)、三波非共線相位匹配夾角。分析結(jié)果表明：內(nèi)腔比外腔更容易到達閾值且大光斑情況下有效相互作用長度較長、所需的閾值功率密度較低的結(jié)論。3.實驗上研究了基于垂直表面輸出光學參量振蕩的可調(diào)諧單色太赫茲輻射源。搭建了內(nèi)、外腔的實驗平臺，在內(nèi)腔

4、結(jié)構(gòu)下，當泵浦光直徑為3.5mm、閾值功率密度為0.32Jcm2時，得到太赫茲波的最大單脈沖能量為283nJ，峰值功率為48W，轉(zhuǎn)換效率為4.77106；在外腔結(jié)構(gòu)下，當泵浦光直徑為4mm、閾值功率密度為0.61Jcm2時，得到太赫茲波的最大單脈沖能量為1.06μJ，峰值功率為106W，轉(zhuǎn)換效率為7.57106。4.高性能太赫茲參量振蕩器優(yōu)化的理論研究：選擇使用環(huán)形增強結(jié)構(gòu)循環(huán)利用泵浦光，使經(jīng)過晶體后出射的泵浦光返回入射到晶體中，經(jīng)理論

5、計算可得在寬脈100ns，低損耗的情況下，泵浦光多光束合成能使晶體表面的功率密度增加約70倍，更容易到達參量振蕩的閾值；設(shè)計了周期極化晶體，使泵浦光和Stokes光共線傳輸，增加了有效相互作用長度，并使太赫茲波垂直表面輸出，減小了晶體對太赫茲波的吸收；理論模擬了影響參量振蕩太赫茲輻射源的線寬因素，其中以泵浦光的線寬影響最大，晶體的溫度、泵浦光的發(fā)散角、諧振腔腔形、三波相位失配量也對其有一定的影響，可以通過采用種子注入和腔內(nèi)插入FP標準具