飞秒光学参量振荡器及其在产生太赫兹波方面的应用研究

摘要

飞秒光学参量振荡器（OPO）是伴随飞秒激光技术的发展而一同发展起来的的宽带可调谐飞秒激光器。高平均功率的飞秒OPO需要高平均功率、高峰值功率和高重复频率的泵浦源，而新一代光子晶体光纤飞秒激光器和放大器可以满足这个需求。飞秒OPO具备的覆盖波段范围广，输出波长调谐范围宽的特点使之在超快生物学、超快化学、激光光谱学、光通信等领域得到广泛应用，其中在超快太赫兹产生方面的应用也是目前的研究热点之一。
　　本文在超快激光实验室已有的光子晶体光纤飞秒激光器与 OPO，以及太赫兹方面的研究工作的基础上，主要进行了以下工作：
　　1、在大量阅读相关文献的基础上，介绍了飞秒OPO的发展与应用；超快太赫兹技术的研究与发展；非线性光学的基础理论；OPO的基本理论，包括输出频率的调谐、阈值条件等；差频产生太赫兹的基本理论；双折射相位匹配及准相位匹配技术。
　　2、根据实验所用的飞秒激光泵浦源，设计飞秒OPO的谐振腔结构及参数，以周期极化的锂酸铌材料作为非线性晶体，搭建基于飞秒激光放大系统的单路近红外线型腔OPO系统，通过改变晶体的周期以及改变晶体的温度达到调谐输出波长的目的，实验获得1380-1700nm可调的飞秒信号光，并在此基础上完成双路近红外飞秒OPO系统的搭建，两路单独可调谐的OPO系统可比单路OPO系统增加了一倍的调节范围，可以用于构成宽调谐差频太赫兹源。
　　3、单路近红外波段的飞秒OPO产生太赫兹波的应用实验。将单路近红外OPO的信号光输出作为泵浦源，利用有机非线性晶体DAST作为太赫兹发生器，研制了基于光整流效应产生太赫兹波的光学系统；在不同的OPO输出波长下利用Golay-cell对太赫兹的输出功率进行测量，研究DAST晶体光整流输出太赫兹波功率与泵浦波长的关系，1525nm波长处测量激光泵浦功率与太赫兹波输出功率符合二次关系，在泵光波长1450nm,脉宽约285fs，平均功率为200mw的条件下，使用400μm的DAST晶体得到的太赫兹输出为134nw，效率远高于GaP晶体。
　　4、利用双路单独可调谐的近红外飞秒OPO系统，以DAST晶体作为非线性晶体，进行差频产生太赫兹的实验。

目录

声明

第一章 绪论

1.1飞秒光学参量振荡器的研究与发展

1.2飞秒光学参量振荡器的应用

1.3超快太赫兹的研究与发展

1.4差频产生太赫兹波技术的研究与发展

1.5本论文的主要工作

第二章 光学参量过程的理论基础

2.1非线性三波耦合过程

2.2光学参量振荡

2.3 光学差频

2.4相位匹配

2.5本章小结

第三章 单路和双路飞秒光学参量振荡器的研制

3.1飞秒激光泵浦源的结构及输出特性

3.2 近红外线型腔OPO系统

3.3 单路线型腔飞秒OPO的研制

3.4双路线型腔飞秒光学OPO的研制

3.5本章小结

第四章 基于光学参量过程的太赫兹产生

4.1非线性晶体的选用及其特性

4.2 基于单路光学参量振荡器的光整流产生太赫兹实验

4.3基于光学参量振荡器的差频产生太赫兹实验

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢