准相位匹配和太赫兹波的相关技术研究

摘要

准相位匹配技术是激光非线性频率变换领域的一个研究热点，在和频、差频、光参量产生、振荡、放大等方面都有重要的应用价值。本文从准相位匹配技术的基本原理出发，着重研究了外加电场法极化KTP晶体中影响周期极化KTP（PPKTP）晶体制备质量的电导率问题，自行研制了KTP晶片电导率测试电源，并进行了多片KTP晶体的电导率测试实验；对利用准相位匹配差频技术产生THz波窄带输出进行了初步研究，讨论了准相位匹配GaAs差频器件的差频增益特性；最后，利用超快光电导宽带太赫兹时域频谱系统研究了KTP晶体及其同族晶体在THz频段的介电性质，为相关晶体在THz频段的应用提供了依据。本文的主要工作如下： 1、研究了在外加电场极化法制备PPKTP晶体时，电导率对极化反转的影响，提出了外加电场法对KTP晶体电导率的要求，自行设计和制备了KTP晶片电导率测试专用电源，并用该电源进行了多个KTP晶片的电导率测试实验。 2、对利用准相位匹配技术通过光学差频的方法产生THz波进行了理论分析，并以GaAs晶体为例，计算了前向和后向方案其差频准相位匹配周期；研究了GaAs晶体的准相位匹配差频增益特性，讨论了差频增益系数的影响因素；分析了准相位匹配周期的误差对差频增益的影响，得出了周期的容差特性曲线。 3、采用超快半导体光电导开关的宽带太赫兹时域频谱系统，得到了KTP晶体及其同族晶体RTP晶体在0.5～2.0THz频段的精确折射率，吸收系数，复介电常数等介电性质参数。研究了KTP晶体和RTP晶体在该频段的光学声子振荡特性；在晶体z轴平行于THz波电场振动方向时均发现了明显的吸收峰。利用晶体中晶格振动模式（光学声子）对光谱的选择性吸收特性和多洛仑兹振子伪谐振介电模型，很好地拟合了KTP晶体的复介电常数曲线，得到了对应晶格弱振动的光学声子的频谱参数值和KTP晶体在该频段内的色散方程。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2准相位匹配制备技术发展简介

1.3准相位匹配技术在THz研究中的应用

1.4 THz时域频谱技术研究晶体的介电特性

1.5论文的主要工作

第二章准相位匹配原理及其实现

2.1准相位匹配技术的基本原理

2.1.1三波互作用稳态耦合波方程

2.1.2相位匹配条件及双折射相位匹配

2.2准相位匹配

2.3准相位匹配的分类

2.4准相位匹配的实现方法

第三章KTP晶片电导率测试电源

3.1 KTP晶体极化分析

3.1.1电导率与晶体极化反转的关系

3.1.2 KTP晶体电导率的特性

3.1.3高压极化对KTP晶片电导率的要求

3.2 KTP晶片电导率测试电源的设计

3.2.1方案设定

3.2.2电路分析

3.2.3实验结果

3.3 KTP晶片电导率测量实验

3.4本章小结

第四章准相位匹配差频产生THz波的理论分析

4.1准相位匹配方案的确定

4.1.1适用于差频产生THz波的非线性晶体

4.1.2准相位匹配实现差频

4.1.3准相位匹配的类型

4.2准相位匹配差频器件周期的计算

4.2.1对于近简并点双波长激光器差频抽运源

4.2.2对于分立的参量振荡器的差频抽运源

4.3 THz波的差频增益特性

4.3.1耦合波方程及其小信号解

4.3.2净增益的影响因素

4.3.3相对增益与周期带宽

4.4本章小结

第五章晶格振动的洛伦兹介电频散关系

5.1晶格振动的基本概念

5.1.1晶格振动与声子

5.1.2内振动和外振动

5.2电磁辐射与晶体相互作用的电磁理论

5.2.1基本晶格振动模

5.2.2电磁激元

5.2.3黄昆方程

5.2.4.纵波和横波的色散关系

5.3洛伦兹振子介电频散关系

5.3.1经典洛伦兹振子介电频散关系

5.3.2洛伦兹振子模型与红外吸收光谱的关系

5.3.3多振子介电相互作用及其吸收光谱

第六章KTP晶体及其同族晶体的THz时域频谱研究

6.1THz时域频谱实验系统

6.2 KTP晶体的实验结果与数据分析

6.2.1 THz时域频谱实验结果

6.2.2 KTP晶体THz时域频谱实验结果的理论拟合

6.3 RTP晶体的实验结果与数据分析

6.4 KTP晶体和RTP晶体的实验结果对比分析

6.5总结和思考

全文总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢