GaP,GaAs和PPLN晶体级联差频产生太赫兹辐射

研究周期极化磷化镓晶体(GaP)、砷化镓晶体(GaAs)和周期极化铌酸锂晶体(PPLN)准相位匹配级联差频产生太赫兹辐射,相较于差频过程,级联过程太赫兹辐射输出功率增大9.5倍。通过分析三波耦合方程,计算并比较晶体的波矢失配量、极化周期和太赫兹功率,结果显示,基于GaP晶体产生的太赫兹功率略大于GaAs晶体输出的功率;GaAs晶体的极化周期最小;PPLN晶体的波矢失配量和极化周期取值范围最小,而输出的太赫兹功率和转换效率最高。建立基于周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO:PPLN)准相位匹配原理的宽调谐激光系统,分析吸收因子对输出太赫兹功率的影响,计算级联差频峰值功率和转换效率。十五阶峰值功率3.72 MW,泵浦光总能量到太赫兹辐射能量的转换效率是3.72%。     

CO2激光差频产生太赫兹波的理论计算及分析

为进一步发挥CO2激光差频产生太赫兹(THz)辐射的潜力,通过计算GaAs, ZnGeP2和GaSe晶体差频的相位匹配参数,结合晶体光学参数和损伤阈值比较3种晶体的差频性能和各自优势,分析相位失配和晶体吸收对差频转换效率的影响,得到3种晶体差频产生THz辐射各自的调谐范围、差频效率和实验操作等特征,表明选择低吸收系数晶体的重要性。     

基于CO2激光的AgGaS2差频产生太赫兹波的数值分析

采用中红外CO₂激光差频产生太赫兹波是提高转换效率和输出功率的一种有效方法。根据差频过程中的三波互作用对AgGaS₂晶体进行了理论分析,数值模拟了oeo类和oee类两种匹配条件下差频产生太赫兹波的角度调谐曲线,并计算了光波在晶体中的走离角和允许参量。另外,还考虑了晶体的有效非线性系数和理论功率转换效率。研究结果表明,AgGaS₂晶体适用于中红外CO₂激光差频产生可广泛调谐的太赫兹波。     

耦合级联光学差频高效产生太赫兹波的研究

本文提出了一种耦合级联光学差频（CCDFG）高效产生太赫兹波的方法。利用耦合光学参量效应产生的双信号光和双闲频光在同一块非周期极化铌酸锂（APPLN）晶体中分别激励一套级联光学差频（CDFG）并产生太赫兹波。频率、偏振方向、传播方向完全相同的太赫兹波将两套CDFG强烈地耦合在一起。CCDFG可以利用两套CDFG共同产生并放大太赫兹波,而产生的太赫兹波又反过来增强CCDFG,进一步驱动CCDFG向更高阶斯托克斯差频扩展,从而大幅提高了太赫兹波能量转换效率。经计算可知,在100 K和300 K温度下,CCDFG产生太赫兹波的能量转换效率分别为37%和4.6%,比相同条件下双信号光和双闲频光激励的两套CDFG的能量转换效率之和分别提高了40%和60%以上。     

基于差频产生太赫兹的中远红外非线性光学晶体

文章介绍了ZnGeP2,GaSe,CdSe,GaAs,GaP,DAST等几种用于太赫兹辐射的中远红外非线性光学晶体的非线性性能,总结了利用它们通过非线性光学差频产生太赫兹方面的最近进展.最后给出了获得较高转换效率和能量的太赫兹波输出的非线性光学晶体应具备的条件.     

在极化声子共振区基于级联差频产生高频太赫兹波

提出了一种在晶体极化声子共振区利用级联差频在Mg O∶Li Nb O3平板波导中产生高频太赫兹波的方法。不同于传统的基于两束近红外光直接差频产生太赫兹波,本文首先利用两束近红外光在周期极化铌酸锂(PPLN)晶体中产生低频太赫兹波和一系列级联光,然后将上述级联光耦合导入平板波导中,通过改变平板波导的尺寸优化各阶差频的相位失配分布,经级联差频高效产生高频太赫兹波。借助Mg O∶Li Nb O3晶体极化声子共振区巨大的非线性光学系数,以及Mg O∶Li Nb O3平板波导中被降低的太赫兹波吸收系数,在室温下通过输入两束强度均为100 MW/cm2的差频光,得到了频率为5 THz的高频太赫兹波,太赫兹波强度为88.2396 MW/cm2,能量转换效率为44.12%。本文为产生高频、高功率太赫兹波提供了一种全新方法,可以推动高频太赫兹波在未来高速无线通信领域的应用。     

产生太赫兹辐射源的Nd∶YAG双波长准连续激光器

产生太赫兹波辐射的方法可分为电子学和光子学两大类。在光子学领域,非线性光学差频方法是获取高功率、低成本、便携式、室温运转太赫兹波的主要方法之一。实验研究了激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YAG1319nm/1338nm双波长准连续线偏振运转激光器,理论计算了输出双波长在非线性晶体DAST(4-N,N-di methylamino-4′-N′-methyl-stilbazolium tosylate)中差频产生太赫兹辐射的平均功率。在重复频率50kHz时,双波长激光平均输出功率达到2.22W,斜率效率12.72%,线偏振度0.983,脉冲宽度71.91ns。M2因子仅为1.165,不稳定性小于0.487%。根据非线性差频理论,计算出可在1mm厚DAST晶体中获得4.71mW的3.23THz高相干性太赫兹波辐射。这两条非常接近的谱线为进一步通过非线性光学差频方法获得高相干性太赫兹波提供了理论基础。     

产生太赫兹辐射源的Nd:YAG双波长准连续激光器

产生太赫兹波辐射的方法可分为电子学和光子学两大类.在光子学领域,非线性光学差频方法是获取高功率、低成本、便携式、室温运转太赫兹波的主要方法之一.实验研究了激光二极管(LD)端面抽运Nd:YAG1319 nm/1338 nm双波长准连续线偏振运转激光器,理论计算了输出双波长在非线性晶体DAST(4-N,N-dimethylamino-4'-N-'methyl-stilbazolium tosylate)中差频产生太赫兹辐射的平均功率.在重复频率50 kHz时,双波长激光平均输出功率达到2.22 W,斜率效率12.72%,线偏振度0.983,脉冲宽度71.91 ns.M2因子仅为1.165,不稳定性小于0.487%.根据非线性差频理论,计算出可在1 mm厚DAST晶体中获得4.71 mw的3.23 THz高相干性太赫兹波辐射.这两条非常接近的谱线为进一步通过非线性光学差频方法获得高相干性太赫兹波提供了理论基础.     

基于PPLN晶体的可调谐太赫兹波辐射特性研究

提出了一种周期极化铌酸锂(PPLN)晶体差频产生太 赫兹(THz)波的新型结构。基于非线性晶体三波互作用理论模型,根据周 期极化掺镁铌酸锂(PPMgLN)晶体的准相位匹配原理和掺铒光纤激光器(EDFL)双波长输出激光 特性,并结合晶体折 射率差公式,理论分析了工作温度及极化反转光栅周期对其输出THz波的影响,给出 一定频率范围内其 输出波长连续可调谐的实现方法。本文系统结构简单、成本低和调谐容易,激光器可室温 运转。     

OH1晶体中级联光学差频效应产生太赫兹波

理论分析了有机晶体2-[3-（4-hydroxystyryl）-5,5-dimethylcyclohex-2-enylidene]malononitrile（OH1）中基于共线相位匹配级联光学差频产生太赫兹波的物理过程。从耦合波方程出发分析了级联斯托克斯过程和级联反斯托克斯过程,计算了太赫兹波的强度和量子转换效率。相对于非级联光学差频过程,13阶级联光学差频产生的太赫兹波强度增大了15.96倍。13阶级联光学差频中太赫兹波的量子转换效率为1377%,超过了Manley-Rowe关系的限制。     

Highly efficient terahertz generation from periodically-poled RbTiOPO4

Terahertz (THz) generation by periodically-poled RbTiOPO4 (PPRTP) with a quasi-phase-matching scheme based on cascaded difference frequency generation (DFG) processes is theoretically analyzed. The cascaded Stokes and anti-Stokes interaction processes are investigated from coupled wave equations. The THz intensities and quantum conversion efficiency are calculated. Compared with that of non-cascaded DFG processes, the THz intensity in 7-order cascaded DFG processes is increased to 2.95 times. The quantum conversion efficiency of 149.9% in cascaded processes can be realized, which exceeds the Manley-Rowe limit.     

Quasi-phase-matched (QPM) difference frequency generation in amirrorless counterpropagating configuration

We present a theoretical analysis of second-order nonlinear difference frequency generation (DFG) in a generalized mirrorless quasi-phase-matching (QPM) frame, aimed at a comparison of counterpropagating DFG configuration (CDFG) to other DFG schemes, in view of all-optical processing applications. Field nonlinear coupling equations have been numerically solved under the hypothesis of phase-matched interaction. The evolution of propagating fields within the material and the wavelength conversion efficiency have been calculated in dependence of operating parameters. The increased complexity in the evolution of amplitude and phase for fields interacting in CDFG with respect to forward-propagating DFG (FDFG) is at the basis of a dramatic increase in the wavelength conversion efficiency under particular settings of device parameters     

Design of GaAs/AlxGa1?xAs asymmetric quantum wells for THz-wave by difference frequency generation

The energy levels, wave functions and the second-order nonlinear susceptibilities are calculated in GaAs/Al0.2Ga0.8As/Al0.5Ga0.5As asymmetric quantum well (AQW) by using an asymmetric model based on the parabolic and non-parabolic band. The influence of non-parabolicity can not be neglected when analyzing the phenomena in narrow quantum wells and in higher lying subband edges in wider wells. The numerical results show that under double resonance (DR) conditions, the second-order difference frequency generation (DFG) and optical rectification (OR) generation susceptibilities in the AQW reach 2.5019 mm/V and 13.208 mm/V, respectively, which are much larger than those of the bulk GaAs. Besides, we calculate the absorption coefficient of AQW and find out the two pump wavelengths correspond to the maximum absorption, so appropriate pump beams must be selected to generate terahertz (THz) radiation by DFG.     

34μm孔径GaAs偶极子光电导天线辐射特性仿真研究

光电导天线的辐射特性仿真是设计和制造光电导天线的重要依据。将蒙特卡洛经验公式修正的GaAs迁移率随电场强度的变化关系引入德鲁德-洛伦兹模型,分析了光电导天线载流子输运情况。又将德鲁德-洛伦兹模型计算的光生载流子密度与时域有限差分方法相结合,得到34 m孔径GaAs偶极子光电导天线的时域、频域及三维辐射特性。辐射峰值为0.8 THz,频谱宽度大于1 THz,与太赫兹时域光谱系统实际测量得到的数据吻合。结果表明:仿真方法正确可行,能够为设计和制造高增益、宽频带的太赫兹光电导天线提供参考依据。     

基于肖特基势垒二极管的太赫兹固态倍频源和检测器研制

本文基于GaAs肖特基势垒二极管以及混合集成电路工艺,对太赫兹固态倍频和检测技术开展了研究.文章结合肖特基势垒二极管物理结构,采用电磁场仿真软件和电路仿真软件相结合的综合分析方法,对各模块电路进行优化设计,研制出了高倍频效率的倍频源和高灵敏度的检测器(检波器和谐波混频器).0.15THz检波器测得最高检波电压灵敏度1600mV/mW,在0.11~0.17THz灵敏度典型值为600mV/mW,切线灵敏度优于-29dBm.0.15THz二倍频器测得最高倍频效率7.5%,在0.1474~0.152THz效率典型值为6.0%.0.18THz二倍频器测得最高倍频效率14.8%,在0.15~0.2THz效率典型值为8.0%.0.15THz谐波混频器测得最低变频损耗10.7dB,在0.135~0.165THz变频损耗典型值为12.5dB.0.18THz谐波混频器测得最低变频损耗5.8dB,在0.165~0.2THz变频损耗典型值为13.5dB,在0.21~0.24THz变频损耗典型值为11.5dB.     

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。