新型复合波导结构太赫兹发射器的设计

摘要

用中心波长为1550nm的超短脉冲光纤激光器作为激励源,以光整流为机理的产生太赫兹辐射的器件中,太赫兹的转换效率很低,一般只有10-5～10-4。为了提高太赫兹辐射的转换效率,我们设计了一种新型的复合波导结构太赫兹发射器。这个发射器用1550nm的光脉冲泵浦产生光整流效应时,可以满足相位匹配条件。然而,即使满足了相位匹配条件,由于量子效率低,单循环器件中THz的转换效率仍然很低。
　　 由此可见泵浦光的能量中只有非常小的部分完成了产生太赫兹的转换,并且泵浦光的光子损耗和吸收损耗很小,所以我们可以通过循环利用泵浦光的方法来进一步达到提高转换效率的效果。因为GaAs的色散参量较大,泵浦光在通过我们设计的波导时,由于色散效应,发生了严重的脉冲展宽(100fs展宽为143fs)。因此对泵浦光进行色散补偿成为了对其再利用的关键。
　　 本文选择了半导体激光器对超短脉冲进行色散补偿,并通过GRIN棒透镜进行半导体激光器和波导结构太赫兹发射器之间的耦合。详细来说,本文主要包括以下几个方面的工作:
　　 1在色散理论基础上,分析泵浦光在波导结构THz发射器发生的色散效应,以及色散补偿的关键。
　　 2在详细分析了光整流过程产生THz波的波导器件的基础上,给出了色散补偿的方案,提出了采用半导体激光器补偿通过该器件的光脉冲色散,使得光对THz的转换效率进一步提升。并介绍了半导体激光器的色散补偿作用。
　　 3为了将波导结构THz发射器和半导体激光器耦合起来,本文通过对折射率渐变棒透镜进行了理论分析与比较,选择了横向应用方式的GRIN棒透镜将尺寸差别较大的波导结构和半导体激光器进行匹配耦合的系统,可实现芯层厚度为145微米的THz波导结构与常规半导体激光器双向耦合。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 光整流效应产生太赫兹辐射的波导器件

1.1.1 光整流效应简介

1.1.2 波导结构THz发射器的设计

1.2 波导结构中THz辐射的有效转化效率

1.3 色散补偿器件及方法

1.3.1 光子晶体光纤(PCF)对色散补偿的作用

1.3.2 半导体激光器的色散补偿

1.3.3 双波导结构用于色散补偿

1.4 GRIN棒透镜耦合系统简介

1.5 本论文的主要工作及意义

第二章 波导结构中THz辐射的有效转化效率

2.1 波导结构中THz辐射的有效转化效率的估算

第三章 泵浦光脉冲的色散补偿

3.1 混合波导结构的色散

3.1.1 色散效应的理论基础

3.1.2 光脉冲在GaAs晶体中的群速度色散

3.2 色散补偿的基础理论

3.3 本章小结

第四章 色散补偿方案

4.1 半导体激光器用于色散补偿的方案

4.2 半导体光放大器

4.3 半导体激光器用于色散补偿的理论

4.4 半导体激光器的发散角

第五章 GRIN棒透镜耦合系统

5.1 GRIN棒透镜纵向应用分析

5.1.1 GRIN纵向应用理论基础

5.1.2 GRIN纵向应用分析

5.2 GRIN棒透镜的横向应用

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢