GaAs参量振荡产生太赫兹波的腔相位匹配研究

基于腔相位匹配的方法,研究了GaAs微片状晶体构成的光学微腔光参量振荡产生太赫兹波的条件与参数设计.计算了腔相位匹配下GaAs晶体的最优化腔长,通过调节GaAs晶体的温度研究了太赫兹波的输出情况,模拟了不同波长下最低的能量阈值.结果表明,在完全相位匹配很难实现的情况下,采用腔相位匹配能很容易地实现大范围的太赫兹波调谐输出.结果为小型化光学太赫兹源的实验与理论研究提供了参考.     

基于光学方法的太赫兹辐射源

太赫兹波技术在物理、化学、生命科学等基础研究学科,以及医学成像、安全检查、产品检测、空间通信、武器制导等应用学科都具有重要的研究价值和应用前景,而太赫兹辐射源正是太赫兹技术发展的关键部分。概述了基于光学方法产生太赫兹辐射的几种常用方法,着重叙述了利用非线性光学差频技术和基于横向晶格振动光学模受激电磁耦子散射过程的太赫兹参量振荡技术工作原理,以及目前的研究状况,并对这两种方法产生太赫兹波辐射源未来的发展方向进行了展望。     

飞秒脉冲整形控制的可调谐的太赫兹脉冲产生

正太赫兹脉冲具有良好的透视性,由于其波长远大于空气中悬浮的灰尘和大颗粒的物体,使其成为一些特定场合(如火灾现场和沙漠等)的理想光源、产生可调谐以及任意波形的太赫兹脉冲成为研究太赫兹辐射的重要课题、提出了一些飞秒脉冲整形方案来实现任意波形以及可调谐的太赫兹脉冲产生。通过使用方波调制的方法控制飞秒脉冲的形状,这些整形之后的飞秒脉冲串入射到TnZe晶体中,相干产生频域上可调谐的太赫兹脉冲。在时域上,太赫兹脉冲分离成脉冲串,并且通过方波的幅度以及周期调制,得到了相对强度以及相对时间延迟连续可调的太赫兹脉冲串。通过对比方波调制幅度在0.5pi和pi时太赫兹频谱和时域波形的不同形状,进一步阐明了脉冲整形的太赫兹理论,这将有助于对于脉冲整形太赫兹控制方法的理解以及新的控制方法的提出。期待这些结果有助于扩展太赫兹的应用。     

基于环形腔结构的种子注入式太赫兹参量振荡器

报道了一种基于环形腔结构的种子注入式太赫兹参量振荡器的运转特性,非线性晶体为MgO:LiNbO3,太赫兹波采用垂直表面耦合的输出方式,斯托克斯环形腔由3个腔镜和MgO:LiNbO3晶体的全反射面构成。抽运源为调Q脉冲激光器,其输出波长为1064.2nm,脉冲宽度为7.5ns。当抽运脉冲能量为105.5mJ、斯托克斯光输出镜的透过率为20.1%时,获得的太赫兹波脉冲能量使得示波器的输出电压为3.3V,对应的斯托克斯光脉冲能量为16.1mJ,抽运脉冲能量阈值约为10mJ。在相同的抽运条件下,将基于环形腔结构的种子注入式太赫兹参量振荡器、种子注入式太赫兹参量产生器与环形腔结构的无种子注入式太赫兹参量振荡器的输出能量和抽运脉冲能量阈值进行比较。结果表明,基于环形腔结构的种子注入式太赫兹参量振荡器具有较高的输出能量及较低的抽运脉冲能量阈值,当抽运脉冲能量较小时,其在输出能量方面的优势更明显。     

LiNbO3晶体的太赫兹参量振荡器设计

采用参量振荡方法实现太赫兹辐射(THz-wave Parametric Oscillator,TPO),因只需一个固定波长的泵浦源和一块非线性晶体,且具有非线性转换效率高、调谐简单而倍受瞩目.以LiNbO3晶体为例,采用Q调制的Nd:YAG激光器(1.064μm)为泵浦源,角度匹配的非共线相位匹配方式,设计了太赫兹参量振荡器,实现了当入射角α从8.2°变化到14°,相位匹配角θ相应地从16.2°变化到54.75°,太赫兹波与泵浦光之间的夹角β从8.84°～67.88°,闲频光从1.068μm变化到1.079 6μm,太赫兹波从284～74μm(1～4 THz)的连续太赫兹波振荡.     

太赫兹滤波器

太赫兹技术在生物、国防以及基础研究等方面有重要的应用,要实现对太赫兹波技术的实际有效的应用,与之相关的太赫兹传导、滤波器件等功能器件至关重要.目前太赫兹滤波器结构主要基于二维光子晶体、超颖材料、表面等离子体等结构.就太赫兹滤波器的研究进展进行了总结,并对其今后的研究发展方向进行了分析.     

太赫兹波光学参量效应放大特性的理论研究

针对太赫兹波光学参量效应中增益介质对太赫兹波强烈吸收的特点,提出光学参量效应中泵浦光、斯托克斯光和太赫兹波三波共线相互作用可以有效放大太赫兹波。以周期极化铌酸锂晶体为例,通过解耦合波方程,在不同的近似条件下分析了前向和后向太赫兹波的放大特性。计算结果表明,在太赫兹波吸收系数远大于太赫兹波增益系数的条件下,泵浦光、斯托克斯光和太赫兹波三波共线作用可以有效提高太赫兹波功率。分析结果对周期极化铌酸锂晶体光学参量振荡产生太赫兹波的实验研究提供深入和全面的理论基础。     

太赫兹参量源研究进展

太赫兹参量源是一种激光驱动的太赫兹辐射源,它具有高相干性、可调谐、室温运转等优点。在简要介绍太赫兹参量源的基本原理后,重点总结了近年来国内外对太赫兹参量源的代表性研究成果,主要包括:1)太赫兹参量源中常用的几种非线性晶体,包括铌酸锂、磷酸钛氧钾、砷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷; 2)大单脉冲能量太赫兹参量源,主要产生方法包括使用垂直表面出射结构、使用环形腔、增加非线性晶体损伤阈值等,目前报道的最大单脉冲能量达到17μJ; 3)高平均功率太赫兹参量源,主要产生方法包括使用半导体激光器侧面泵浦激光器、兼顾提高泵浦光脉冲能量和脉冲重复频率等,目前报道的最大平均功率为367μW; 4)太赫兹参量源的理论模拟,主要包括以耦合波方程为基础的,分别针对太赫兹参量产生器、种子注入式太赫兹参量产生器、内腔泵浦与外腔泵浦太赫兹参量振荡器建立的理论模型。     

可调谐太赫兹超材料吸波器研究进展

太赫兹超材料吸波器具有吸收强、厚度薄、质量轻等优点,已被广泛应用于隐身材料、频率选择表面、太赫兹成像、通信传感等方面。但是,基于金属结构的传统太赫兹超材料吸波器一旦完成加工后,它的吸收性能是固定不变的。为解决这一问题,研究人员通过引入活性超材料设计了可调谐太赫兹超材料吸波器。结合可调谐太赫兹超材料吸波器的国内外研究现状,分类阐述了几类典型的可调谐太赫兹超材料吸波器,重点对单频带、多频带、宽频带以及可切换双功能太赫兹超材料吸波器的相关研究工作进行了梳理与总结,并对其未来发展趋势进行了分析。     

表面出射太赫兹波参量振荡器的设计与增强输出

利用一台多纵模调Q Nd:YAG激光器泵浦的浅表垂直发射太赫兹波参量振荡器参量产生了高功率可调谐太赫兹波辐射。推导了非共线相位匹配条件下的有效参量增益长度以优化太赫兹波参量振荡器参数。实验测得太赫兹波的调谐范围为0.77~2.83 THz。当泵浦功率密度为222.3 MW/cm2时,在1.78 THz处太赫兹波的最大输出能量为347.8 nJ/pulse,对应的能量转化效率为3.9110-6。太赫兹波在垂直方向上的远场发散角为0.020 4 rad,在水平方向上为0.006 8 rad。     

太赫兹返波振荡器的应用及研究进展

太赫兹返波振荡器是一种功率高、宽带可调谐、可在常温下连续波工作的辐射源。本文介绍了太赫兹返波振荡器在太赫兹技术研究中的应用需求及其发展现状,说明返波振荡器在太赫兹技术研究中的重要作用和前景,并对太赫兹返波振荡器的最新动态、技术难点进行了分析,可供该种管型研究的参考。     

太赫兹空气相干探测技术研究进展

太赫兹空气相干探测技术是一种宽带太赫兹探测技术。由于探测带宽仅受到探测激光脉冲宽度的影响,该技术的响应范围能够达到几十太赫兹,因此在实验上研发成功之后便成为了太赫兹技术领域一项重要的探测技术。详细介绍了太赫兹空气相干探测技术的实验原理和实验光路,总结了该技术最近几年的研究进展及改进措施,并对其探测性能和使用特点进行了分析与讨论。该研究可对初步使用太赫兹空气相干探测技术起到很好的参考作用。     

非共线相位匹配太赫兹波参量振荡器级联参量过程的研究

在铌酸锂晶体非共线相位匹配太赫兹波参量振荡器中观察到了级联光学参量效应.实验中测量到了一阶、二阶和三阶斯托克斯光.通过分析一阶、二阶和三阶斯托克斯光谱发现相邻阶斯托克斯光频率差相等,表明在太赫兹波的产生过程中发生了级联光学参量效应.在高阶级联光学参量过程中,一个泵浦光子可以产生多个太赫兹光子,表明在太赫兹波产生过程中量子转换效率会有效提高.     

2~5 μm中红外飞秒光学参量振荡器研究进展（特邀）

自1994年首次利用克尔透镜锁模钛宝石激光器泵浦RTA光学参量振荡器实现中红外飞秒激光输出以来,在这20多年的时间内,随着高功率近红外泵浦源与各种优质非线性晶体的不断涌现,中红外飞秒光学参量振荡器在平均功率、脉冲宽度、调谐范围等方面都取得了长足的发展,为基础科学研究、生物医疗以及国防安全等领域提供了多样化的应用工具。文中将2~5 μm中红外飞秒光学参量振荡器分为波长可调谐输出型与宽光谱输出型两类,分别重点就这两类中红外飞秒光学参量振荡器的国内外研究进展进行综述,最后对进一步发展趋势进行了展望。高功率、高光束质量中红外飞秒光学参量振荡器和大能量中红外飞秒光学参量振荡器是其中两个重要的发展方向。     

中红外大能量高功率周期量级光学参量啁啾脉冲放大的发展及应用（特邀）

近十年来,超强超短脉冲是激光光学发展的一个重要趋势。尤其是在中红外（MIR）波段,由于中红外波长具有更大的有质动力并且其光谱范围几乎包含了所有分子“指纹”共振峰,这使得中红外激光的研究在强场物理、中红外光谱学、材料加工以及生物医学研究等领域中至关重要。目前已经有许多比较成熟的激光技术可以对脉冲进行整形、放大,例如差频（DFG）、啁啾脉冲放大（CPA）、光学参量放大技术（OPA）以及光学参量啁啾脉冲放大（OPCPA）等。利用OPCPA技术具有的高放大增益、高信噪比、宽增益带宽的优点在高非线性系数的非线性晶体中进行脉冲放大已经成为当前获取超强超短中红外脉冲的主要手段之一。文中总结了利用OPCPA技术在2~20 μm波长范围内产生和放大MIR少周期脉冲的研究进展,并对其在强场物理、分子频谱探测以及生物医学方面的应用进行了简要的阐述。     

Continuously tunable THz and far-infrared wave generation from DAST crystal

Continuously tunable terahertz (THz) and far-infrared waves over a wide range of 2 to 30 THz were generated in a 4-N,N-dimethylamino-4'-N'-methyl-stilbazolium tosylate (DAST) crystal by difference frequency mixing. A dual-wavelength optical parametric oscillator in the range of 1250 to 1450 nm as the input light source was developed.     

窄线宽1064 nm掺镱光纤激光器泵浦MgO:PPLN中红外光学参量振荡器研究

提出了一种基于1064 nm掺镱光纤激光器泵浦MgO:PPLN的3.83 μm中红外光学参量振荡器。基于单谐振光学参量振荡器的阈值理论和线宽压窄前后的光束能量集中性理论,分析了不同泵浦光束聚焦深度下,谐振腔内光束分布情况以及线宽调制前后能量的不同集中程度对阈值和光-光转换效率所产生的影响。通过采用单个光纤布拉格光栅的方式压窄了泵浦光线宽,对比分析了在不同占空比下,泵浦光线宽压窄前后对中红外光学参量振荡器输出特性的影响。当泵浦功率为18 W,脉冲激光占空比为0.2%,脉宽为100 ns,泵浦光线宽为2.5 nm时,MgO:PPLN中红外光学参量振荡器获得功率为1.42 W的3.83 μm激光输出,光-光转换效率为7.9%。将线宽压窄到0.1 nm后,脉宽为2 ns,MgO:PPLN中红外光学参量振荡器获得最高功率为1.98 W的3.83 μm激光输出,光-光转换效率为11%,光束质量M2=1.89;同时相比于线宽压窄前激光输出效率提高了39.2%。     

A non-autonomous chaotic system with no equilibrium

Recently, researchers showed that adding a stepwise control pulse to the Sprott C system (with two equilibrium points) can create a translational multi-butterfly attractor. In this research, a sinusoidal control pulse is added to a system with no equilibria. So, a non-autonomous chaotic system with no equilibria is designed and studied. The sinusoidal term causes an extension in the chaotic attractor. Dynamical behaviors of the proposed oscillator are studied. Bifurcation analysis by changing the frequency of the sinusoidal term shows its unbounded solution at some parameters. Also, bifurcation diagram of the oscillator by the force's strength is studied. Lyapunov exponents show that the oscillator has chaotic dynamics in the entire studied interval of force's strength. In addition, circuit implementation shows its feasibility.