基于非线性光学差频技术产生太赫兹辐射源的研究

摘要

太赫兹(THz)波在光谱中所处的特殊位置,自身具有的特点以及在物理学、天文学、光谱成像、安全检测、生物科学等领域的广泛应用,使其受到越来越多的关注。其中,太赫兹(THz)源是太赫兹领域研究的基础,也是重点。THz源的研究方法主要分为电子学方法和光子学方法。基于非线性光学差频技术产生的THz波频率连续可调,线宽达到MHz量级,并且可以获得分辨率较高的THz谱。本文主要从光子学方法出发,研究基于非线性光学差频产生THz波技术,其主要内容及创新点如下:　　1.应用经典电磁理论,从麦克斯韦方程组出发,推导出光学差频的耦合波方程,通过求解耦合波方程,从理论上分析DAST有机晶体的吸收系数、相干长度、晶体厚度等条件对差频过程产生THz波的影响。分析共线相位匹配条件,并进一步分析允许角度和允许线宽等参量。　　2.介绍DAST晶体的分子结构、制备方法以及在近红外波段和THz波段的色散特性的同时,介绍GaSe晶体的相位匹配角及允许参量,为后面设计实验利用非线性光学差频技术产生THz波提供了一定的理论依据。　　3.设计小型化基于光学差频技术产生THz波辐射的实验装置,主要利用KTP晶体(KTP-OPO)产生1300-1500nm的双波长,泵浦DAST有机晶体,差频产生调谐范围1.37-19.34THz的THz波,并让KTP-OPO产生的2μm附近的双波长泵浦GaSe晶体,差频产生能量为μJ量级的THz波。　　4.介绍MgO:LiNbO3晶体的基本性质,以及在近红外波段和THz波段的色散特性、最优光斑大小,设计最佳的MgO:LN的几何尺寸,然后建立同步泵浦参量振荡模型,在不考虑脉冲走离和群速度色散的情况下,从理论上分析腔内电场强度振幅、相位、增益方程及其物理含义,通过求解方程,进一步讨论了ps-TPO腔内稳定性的影响因素,根据理论分析,设计外腔皮秒脉冲参量振荡产生THz波(ps-TPO)实验装置。

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第一章 绪 论

1.1 太赫兹波的发展历程

1.2 太赫兹辐射的特点和应用

1.3太赫兹波的产生

1.4太赫兹波的探测

1.5 本文主要研究内容

第二章 DAST晶体差频产生THz的基本理论

2.1差频晶体的选择

2.2 DAST晶体差频过程的基本理论

2.3 差频晶体的相位匹配技术

2.4 本章小结

第三章 DAST晶体和GaSe晶体中差频产生THz波的研究

3.1 DAST晶体的吸收对差频过程影响的理论分析

3.2 在DAST晶体中差频产生THz波的实验研究

3.3 GaSe晶体中差频产生THz的研究

3.4 本章小结

第四章 ps脉冲泵浦LiNbO3晶体产生THz波

4.1 皮秒脉冲泵浦参量振荡的发展历程

4.2设计MgO:LN晶体

4.3 ps脉冲泵浦LiNbO3晶体产生THz波的实验设计

4.4 本章小结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢