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。     

铌酸锂晶体中参量振荡产生高功率可调谐太赫兹波的实验研究

利用一块大体积MgO:LiNbO3晶体,采用浅表垂直出射方式构成太赫兹(THz)波参量振荡器(TPO),实现了高功率可调谐的THz波输出,调谐范围为0.8~2.8 THz。当抽运功率密度为197.4 MW/cm2时,在1.73 THz处每个THz脉冲的最大输出能量为173.9 nJ,对应的能量转换效率为2.2×10-6。实验过程中观察到了一阶和二阶斯托克斯(Stokes)光,一阶Stokes光相对于抽运光的频移等于产生的THz波的频率。     

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。     

基于光学参量效应的太赫兹辐射源及其研究进展

太赫兹频段是电磁波谱中极具科学价值但尚待完全开发的电磁辐射区域,其中,太赫兹辐射源是影响太赫兹频段能否被广泛应用的关键器件,也是太赫兹技术研究领域的前沿问题.基于光参量效应产生太赫兹波的方法具有非线性转换效率高、波长在一定范围内连续可调、易小型化、能够在室温下稳定运转等优点,近年来得到了广泛的关注.文章介绍了光参量效应...     

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。     

新型内腔太赫兹波参量振荡器的设计与阈值分析(英文)

设计了一种新型的表面辐射内腔太赫兹波参量振荡器,交叉谐振腔结构允许增益介质放置在泵浦光谐振腔内,使用浅表垂直辐射结构能够从铌酸锂晶体中有效耦合输出太赫兹波。推导了在太赫兹波参量振荡器中非共线相位匹配条件下有效参量增益长度的表达式。大的泵浦光尺寸和长的增益介质长度能增加有效参量增益长度。在有效参量增益长度表达式的基础上推导了太赫兹波参量振荡器的阈值表达式,在不同的参数条件下理论分析了谐振腔阈值表达式。大尺寸泵浦光、低频太赫兹波、短谐振腔腔长、斯托克斯光高反射率输出镜、长增益介质能有效降低太赫兹波参量振荡器阈值。文中的阈值分析对太赫兹参量振荡器的实验研究有参考价值。     

太赫兹辐射产生技术进展

分别就光学技术和电子学技术产生太赫兹波的方法,介绍其产生原理、研发现状和最新进展,重点介绍了光电导、光整流、参量振荡器和太赫兹量子级联激光器.     

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。     

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.     

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。     

太赫兹波参量振荡器研究进展

基于参量振荡技术的太赫兹波源是得到可调谐太赫兹波的重要器件,它在安全检查、生物传感、医学诊断、半导体器件检测和质量控制等领域具有重要的应用。从非线性晶体材料特性、谐振腔结构、太赫兹波耦合输出方式、频率调谐方式和线宽控制方法等方面总结了国内外太赫兹参量振荡技术的实验与理论研究情况。对级联太赫兹波参量振荡过程在连续、脉冲和超短脉冲运转方式的研究现状进行了回顾。基于太赫兹参量振荡技术研究现状提出其未来的一些研究方向。随着光纤激光器等技术的发展和周期性极化晶体等材料性能的进一步提高,太赫兹参量振荡器将朝着更加高效化、小型化、实用化、易于操作携带的方向发展,并在其应用领域发挥越来越重要的作用。     

双层金属环形阵列的太赫兹表面等离子体研究

研究了太赫兹波垂直通过具有周期性亚波长环形空气槽阵列的金属-介质-金属三层结构的透射谱特性,以及与表面等离子体谐振的关系。共振模式电场分布与色散曲线分别表明:表面等离子体具有束缚性,表面电磁波的传输机制与能量流动过程,透射谱的两个共振峰与传播性的表面等离子体模式、局域化的表面等离子体模式及其耦合有关。改变结构的几何参数,其共振峰变化趋势进一步印证了以上观点,并且空气环中激发的准波导效应也影响了太赫兹波的传输。     

基于太赫兹时域光谱技术的农药残留检测方法

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是近年来涌现出来的崭新的光谱测量新技术.本研究提出了一种基于THz-TDS技术农药残留检测方法,并以灭多威和乙氧氟草醚两种农药作为实验介质证明此方法的可行性.应用太赫兹时域光谱系统测得了这两种农药的时域光谱信号,利用基于菲涅尔公式的数据处理模型得到了它们在THz波段的折射率谱和吸收系数谱.从实验结果可以看出两种农药在0.2~2.0THz范围内存在明显的特征吸收峰,且差别很大.经分析认为这些吸收峰是由分子的集体振动模式以及分子间相互作用引起,它们是农药分子的指纹吸收光谱,可以应用于分子识别中.本研究证明了THz-TDS技术应用于农药残留检测的可行性,表明其在农药残留检测中具有潜在的应用价值.     

双波长波片导致的脉冲分离对双色场辐射太赫兹波的影响

由于群速度的偏振依赖性,飞秒激光脉冲入射到双波长波片时出射光脉冲会分离为两个具有一定时间延迟的飞秒激光脉冲。从实验和理论模拟两方面研究了双波长波片导致的脉冲分离现象对飞秒激光双色场成丝辐射太赫兹(THz)波效率的影响。实验结果表明,脉冲分离导致的时间延迟会降低双色场辐射THz波的效率,可通过零级双波长波片缩短分离脉冲之间的时间延迟,有效提高THz波的产生效率。     

基于太赫兹等离激元的半导体表面生化薄膜光谱检测

我们提出了一种利用太赫兹表面等离激元对放置在半导体表面的生化薄膜进行光谱测量的新方法。我们从理论上证明了半导体材料对其上传输的太赫兹表面等离子体波具有较强的表面束缚性,从而提高太赫兹波与半导体表面的生化薄膜之间的相互作用。通过采用太赫兹时域光谱测量系统,我们从实验上分别得到了洋葱表皮的太赫兹表面等离子体波和自由空间太赫兹波透射波谱。实验结果表明,当测量对象是厚度仅为自由空间太赫兹波波长的约百分之一的单层洋葱表皮时,表面等离子体波的透射波谱与自由空间太赫兹波透射波谱相比具有更加多的特征吸收峰。