硅棱镜耦合输出THz波参量振荡器的实验研究

利用一块MgO:LiNbO3晶体,采用Si棱镜耦合出射方式构成太赫兹(THz)波参量振荡器,实现了高效可调谐的THz波输出,调谐范围为0.95～2.10THz。在1.80THz处,当泵浦能量为101mJ时,产生的THz波平均功率为580nW,THz波单脉冲能量为58nJ,THz波能量转换效率为5.74×10-7;同时产生的Stokes能量为2.7mJ。实验中,观察到了一阶和二阶Stokes光,一阶Stokes光与泵浦光的频差等于产生的THz波的频率。     

高能量、快速可调谐太赫兹参量振荡器

基于受激电磁耦子散射的太赫兹(THz)波参量振荡器是产生高能量、相干THz波的有效手段之一,实验中采用垂直晶体表面出射结构,在1.63 THz处实现了最高单脉冲能量为634 nJ的THz波输出。利用电控振镜快速改变泵浦光入射到MgO:LN晶体中的角度,实现了0.75 THz~2.81 THz范围内的快速调谐,该辐射源可以满足THz波在生物医学、太赫兹通信、环境监测等应用领域的需求。     

光泵CH3F气体产生THz波的实验研究

太赫兹(THz)波具有很高的研究价值和广阔的应用前景,实现THz技术广泛应用的关键之一是研制高功率、高能量、高效率、室温运行、可调谐、低成本和便携式的THz光源。光泵气体THz激光器具有功率高,能量大,波长范围广,技术可靠等优点,在透视成像和无损检测等领域成为可靠的THz源。本文对利用横向激励高气压(TEA) CO2激光器9P(20)支线泵浦CH3F气体产生的496 μm THz波进行实验研究,并对影响THz波能量输出的主要因素进行分析讨论。实验中获得的最大THz波脉冲能量为57.14 μJ,输出波长为490 μm。     

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。     

固体三倍频激光在高压H2中受激拉曼散射的实验研究

利用Nd∶YAG激光器的三倍频输出 (35 5nm)在H2 中的受激拉曼散射 (SRS)获得波长在 2 0 4～ 86 7nm范围内的激光输出。当抽运能量为 70mJ时观察到四阶Stokes光和五阶Anti Stokes光 ,其中第一阶Stokes光 (416nm)输出能量为 2 8 7mJ,第二阶Stokes光 (5 0 3nm)输出能量为 16mJ,一阶Anti Stokes光 (30 9nm)输出能量为 3mJ。研究了H2 压力和各阶Stokes光能量的关系 ,同时观察到环行光斑和脉宽压缩现象。     

基于DAST晶体的高能量超宽带可调谐小型化差频THz辐射源研究

基于双温区法生长的高质量DAST(4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯酸盐)晶体,成功搭建了高能量、超宽带可调谐差频THz辐射源,系统尺寸40 cm×25 cm,调谐范围达到0. 3～19. 6 THz,最大输出能量达到4. 02μJ/pulse@18. 6 THz,信噪比最高达到32. 24 dB,结合振镜扫描技术,以0. 1 THz为步长,超宽带光谱扫描时间小于1min.实验中观测到差频产生THz波的输出饱和现象并研究了基于DAST晶体差频产生THz波的偏振特性与传输特性,证明基于DAST晶体差频产生的THz波消光比达到0. 05,且差频过程满足0类相位匹配条件.基于该太赫兹辐射源,对多种固体样品在2～14 THz范围内的超宽带THz光谱信息进行了有效获取.     

基于非线性光学差频及参量效应的太赫兹源

基于非线性光学技术的THz源具有其独特的性能和优点,将基于非线性光学差频原理和光学参量效应,从理论上研究并分析THz波与抽运光、闲频光及相位匹配角之间的关系,得到THz波输出的条件和范围,并设计出宽波段连续可调的THz源。以调QNd∶YAG激光器和光学参量振荡器(OPO)作为抽运源,以GaSe和MgO∶LiNbO3晶体作为差频非线性晶体,根据相位匹配理论及光学参量效应,搭建两套THz波产生系统。其中,基于光学参量效应的THz辐射源有效地产生出THz信号。     

便携式太赫兹辐射器光泵浦源

为在太赫兹波段的遥感生物探测预警雷达系统、光电对抗、成像探测以及高速通信提供小型野外使用的军用全固态紧凑太赫兹辐射器,研制了一种小型便携式太赫兹辐射器的光泵浦源,采用了无热电制冷器(TEC)温度控制的二极管泵浦Nd:YAG固体激光,激光输出能量150 mJ,脉冲宽度最小6 ns,激光重频最大30 Hz,激光束散角最小约1 mrad。用这样的泵浦源进行光泵浦TPO-THz,产生的1.63 THz波的单脉冲能量为2.98 μJ,对应的THz波能量转换效率为1.92×10-5。     

高能强场太赫兹源与铌酸锂晶体

高能强场太赫兹（THz）源在国土安全、通信雷达、生物医疗等领域有重要的应用价值。然而，一直以来THz源的辐射输出能量小、转化效率低，阻碍了强场THz前沿科学与应用研究的发展。基于铌酸锂倾斜波前技术，飞秒激光抽运铌酸锂晶体有望实现能量更高的极端强场THz输出。从材料角度阐述了铌酸锂强场THz源产出的研究进展，总结了强场THz源对铌酸锂晶体的性能要求：均匀掺镁铌酸锂、低浓度掺镁近化学计量比铌酸锂、大口径铌酸锂晶体。最后，介绍了近年来周期极化铌酸锂和铌酸锂单晶薄膜等微纳结构的调控在THz源领域的应用研究。     

太赫兹参量振荡器研究进展

太赫兹(THz)波以其光谱和传输性能等方面的独特特性在基础学科研究、医学成像和无损检测等多领域具有重要的应用前景,其科学研究战略意义重大。根据THz波参量振荡器(TPO)的结构,主要从产生THz波常用的非线性晶体,内腔、外腔及腔增强结构,THz波输出耦合方式,浅表面输出结构,抽运光参数对TPO的影响和种子注入技术几个方面对国内外THz参量振荡器的研究进展进行回顾。随着新材料和新结构的研究,TPO将会在越来越多的领域中发挥作用。     

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.     

太赫兹无线和有线融合通信技术的研究与展望

随着5G的移动互联及物联网相交织等新型业务的蓬勃发展,对未来通信系统传输容量、传输速度以及误码率等要求愈来愈高。介于毫米波与远红外光之间的太赫兹频段兼有微波和光波的特性,具有低量子能量、大带宽、良好的穿透性。近年来太赫兹通信系统成为研究热点之一,但太赫兹无线通信存在视距传播以及较大路径损耗缺点,太赫兹无线和有线融合传输则兼具两者优点。本文分析了光子太赫兹信号产生、光子太赫兹无线链路传输和光子太赫兹光纤链路传输过程中涉及的器件和技术,重点介绍了太赫兹有线传输的研究现状,并通过基于强度调制直接检测实现1.485 GBaud 350 GHz的1 m太赫兹光纤有线实时传输视频实验,展现了太赫兹有线传输巨大的发展潜力。     

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。     

太赫兹功率测试研究与实现

为了给太赫兹源、太赫兹探测器等太赫兹仪器的研制和生产提供测试保障,研制了一种基于锁相放大原理的太赫兹功率测试仪器。目前,许多商用锁相放大器价格高、体积大且结构和功能比较复杂,不适合一些便携式检测系统。该仪器主要采用基于AD630的锁相放大方案来实现对微弱信号的检测。这种锁相放大器成本低、设计结构简单、灵活性强且集成度高。当标准太赫兹功率计测试到的太赫兹功率为96.8 mW和2.98 μW时,采用本文方案研制的太赫兹功率测试仪器测试到的功率分别为97.9 mW和3 μW,误差范围在±5% 以内。基于CD552-R3弱信号锁相放大方案只能提取到毫伏级信号,而本文方案则可提取到微伏级信号。因此,采用本文方案探测太赫兹功率时,量程更宽且稳定性更高。     

太赫兹波的几个基本问题

介绍了用于加工太赫兹波元件的微机械加工技术(铣削、放电加工、电铸、湿法腐蚀Si、干法腐蚀Si、厚光刻胶:SU-8和LIGA)及其最新结果。重点描述了应用于太赫兹波的器件和集成电路,如将可用于太赫兹波的各种新颖二极管、半导体纳米器件、新的高电子迁移率晶体管、毫米波集成电路、量子器件、红外器件、量子级联激光器(单极级间跃迁激光器)。基于带间跃迁量子机理的半导体器件(譬如量子级联激光器)的频率极限高于与半导体能带隙相关器件的频率,其大多数体半导体的频率可以达到10THz以上。但是,基于经典的电子扩散传输机理的二极管、三极管的高频极限则受限于渡越时间和寄生参数RC时间常数。     

利用共振隧穿器件制作太赫兹波源

太赫兹波是振荡频率在100GHz～10THz范围的电磁波,利用共振隧穿器件高频高速的特点,适宜制作此波段的振荡源器件。指出与其他类型的太赫兹源器件相比,共振隧穿型太赫兹波源器件具有体积小、重量轻、便于与控制电路集成以及易于进行调制等特点;此外,还适宜用Si透镜进行功率合成,增大其总发射功率。给出几种重要太赫兹共振隧穿器件的结构、制造工艺和器件性能,作为太赫兹技术领域的研究人员选择太赫兹波源器件的参考。     

太赫兹波探测技术的研究进展

太赫兹波具有优越的特性,使其在物理、化学、生物医学、天文学、材料科学和环境科学等方面有重要的学术和应用价值,以及对国民经济发展、国家安全、反恐和新一代信息科学技术有重大的推动作用,作为太赫兹技术应用的关键器件之一的太赫兹探测器同样到了迅猛的发展。文章介绍了太赫兹探测技术的原理及其应用,并在此基础上分析了太赫兹探测器的最新进展、性能和发展趋势。     

Generation and Detection of Terahertz Waves Using Low‐Temperature‐Grown GaAs with an Annealing Process

In this letter, we present low‐temperature grown GaAs (LTG‐GaAs)‐based photoconductive antennas for the generation and detection of terahertz (THz) waves. The growth of LTG‐GaAs and the annealing temperatures are systematically discussed based on the material characteristics and the properties of THz emission and detection. The optimum annealing temperature depends on the growth temperature, which turns out to be 540°C to 580°C for the initial excess arsenic density of to .     

太赫兹通信技术的研究与展望

太赫兹通信是一个极具应用前景的技术,太赫兹波有非常宽的还没分配的频带,并且具有传输速率高、方向性好、安全性高、散射小及穿透性好等许多特性.发展太赫兹通信技术已成为各发达国家研究的热点.该文分析了国内外太赫兹通信的研究情况;以太赫兹通信系统的整体框架,全面地介绍和分析了太赫兹通信的一些关键技术和最新研究成果;同时,对太赫兹的技术发展趋势和应用前景做了展望,提出了太赫兹技术的发展战略.     

飞秒激光触发光电导天线产生太赫兹波的研究

研究了光电导天线产生太赫兹波的辐射特性,利用麦克斯韦方程及其边界条件,计算了近远场的电场强度;采用电磁波时域有限差分方法（FDTD）,在Matlab系统软件中,用C语言编写程序计算光电导偶极天线的辐射太赫兹波的空间电磁场分布,并在计算机上以伪彩色图形显示,这种电磁场的可视化结果为天线的设计和改进提供了直观的物理依据。