GaP波导型发射器产生频率可调谐太赫兹脉冲

报道了利用脉宽可调的光子晶体光纤飞秒激光放大器抽运矩形波导结构的GaP晶体太赫兹(THz) 发射器产生频率可调谐的超快THz脉冲.非线性晶体中光整流过程产生的THz辐射频率随抽运光脉冲宽度而 变化. GaP波导THz发射器可通过波导的几何尺寸来控制色散,以达到增加有效作用长度和提高输出功率的目的. 不同横截面尺寸的波导型发射器的THz辐射峰值频率随相位匹配条件的改变而改变,加以脉宽调节技术, 可以在大频谱范围获得频谱精细可调的THz脉冲.实验中在1 mm×0.7 mm的波导型THz发射器中获得了 频率可调谐的THz脉冲.提出实现THz辐射频率大范围调谐的GaP波导型阵列发射器的实施方案.     

双锥面轴棱锥产生长无衍射距离的太赫兹贝塞尔光束

为了克服传统轴棱锥产生太赫兹贝塞尔光束无衍射距离短的局限,设计了一种双锥面轴棱锥结构。基于几何光学理论对双锥面轴棱锥产生太赫兹贝塞尔光束的原理进行了分析,并对太赫兹贝塞尔光束的无衍射特性和双锥面轴棱锥顶点对齐误差对无衍射特性的影响进行了理论和仿真计算分析。同时,采用透射式太赫兹时域光谱系统对双锥面轴棱锥的功能进行了实验验证。仿真和实验结果表明：太赫兹波经过锥面底角为γ₂=20°、γ₁=15°的双锥面轴棱锥后能够产生110 mm无衍射距离的太赫兹贝塞尔光束,相较于传统轴棱锥,无衍射距离增加了82.63 mm;无衍射距离随着锥形底面角度的增加而增大。     

级联参量振荡产生太赫兹辐射的理论研究

针对光学参量振荡产生太赫兹波转换效率低的缺点, 提出了级联参量振荡产生太赫兹波的新机理以提高转换效率. 以周期极化铌酸锂晶体为例, 对级联参量振荡产生太赫兹波的原理和过程进行了理论研究. 分析了抽运光波长、周期极化铌酸锂晶体极化周期和工作温度对产生一阶、二阶闲频光频率的影响. 推导了三波共线相互作用条件下太赫兹波的增益特性和吸收特性. 计算结果表明, 通过级联参量振荡可以有效提高太赫兹波的转换效率, 并可以得到宽调谐的太赫兹波输出. 基于分析结果, 设计了周期极化铌酸锂晶体级联参量振荡产生高效率、宽调谐、窄线宽、连续太赫兹波的实验. 关键词： 太赫兹波 太赫兹波参量振荡 级联参量振荡     

基于振动弛豫理论提高光抽运太赫兹激光器输出功率的研究

以半经典密度矩阵理论和分子振动弛豫理论为基础,研究添加适当比例缓冲气体与适当减小波导芯径对光抽运太赫兹激光器输出光强的影响.计算结果表明,加入适当比例缓冲气体或适当减小波导的芯径均能提高太赫兹激光的输出光强;同时优化两个参数能进一步提高抽运激光能量转化为太赫兹激光能量的效率,延长工作腔中的有效激活区,延缓抽运饱和效应的出现,提高太赫兹激光输出光强.该研究对提高光抽运太赫兹激光器的能量转化效率、提高光抽运太赫兹激光器的输出功率及实现光抽运太赫兹激光器的小型化有重要的指导意义.     

基于闪锌矿晶体中受激电磁耦子散射产生可调谐太赫兹波的理论研究

基于受激电磁耦子散射原理,采用已报道的利用非线性光学参量振荡方法产生可调谐太赫兹波的实验条件作为理论分析的实验模型,以GaAs,GaP, InP,ZnTe晶体为代表,计算分析了在闪锌矿晶体中参量振荡产生太赫兹波的吸收、增益特性,对输出THz波的调谐特性给出了详尽分析.分析太赫兹波高效耦合输出的腔型结构,并与掺氧化镁铌酸锂晶体组成的太赫兹波参量振荡器做对比. 关键词： 太赫兹波 太赫兹波参量振荡 电磁耦子 闪锌矿晶体     

太赫兹波发射晶体的亚波长微棱锥增透结构的设计与实验研究

光学整流方法产生太赫兹(THz)辐射常用的非线性发射晶体在THz波段都具有较高的折射率, 使得很大一部分THz波由于晶体表面的菲涅尔反射而无法有效耦合输出. 本文报道了GaP晶体THz波发射器输出表面上亚波长微棱锥增透结构的设计和实验研究. 利用有效介质模型在理论上验证了亚波长光栅结构的增透效果, 并进一步设计了适用于不同频段的增透结构的参数. 实验中, 通过微机械加工手段在GaP晶体输出端面刻划了多种亚波长微棱锥结构, 验证了其增透效果及参数对增透频带的关系. 理论与实验的符合证明该设计思想也可用于其他THz波发射晶体. 关键词： THz波 光学整流 亚波长微棱锥增透结构 微加工     

增益饱和对光学差频产生太赫兹辐射的功率和稳定性的影响

数值模拟并分析了以GaSe晶体为例对光学差频产生太赫兹（THz）波的特性.结果表明：当THz波长为227.5 μm,晶体长度为26.3 mm时,产生THz波功率达到增益饱和,在增益饱和点输出最高峰值功率可以达到945 W.由于晶体吸收的影响,THz波的增益饱和区是输出功率的非稳定区,而THz波的输出稳定区位于增益饱和区之后,在稳定区的THz波稳定性取决于抽运光的稳定性.当THz波波长为227.5 μm时,达到稳定区所需晶体长度为37.9 mm,此时THz波输出峰值功率可以达到735 W. 关键词： 光学差频 太赫兹辐射 稳定性     

新型有机晶体及超宽带太赫兹辐射源研究进展

非线性光学晶体是非线性光学频率变换技术中的核心器件。近些年,为进一步提高基于非线性光学频率变换技术产生太赫兹波的输出能量、转换效率,拓宽产生太赫兹波的带宽,多种新型有机晶体得以发展,并凭借其更加出色的非线性光学性质,成为产生太赫兹波的理想材料。本文按照晶体类型介绍了目前可产生THz波的多种有机晶体的性质,并总结了基于多种有机晶体的超宽带太赫兹辐射源的国内外研究进展,同时结合THz光谱检测技术的应用需求分析了基于有机晶体宽带THz辐射源的发展趋势以及所面临的关键科学问题。     

整形超短激光脉冲与硒化镓晶体光整流效应的可调谐宽带太赫兹波产生

从非线性光学基本原理出发研究了整形超短激光脉冲与硒化镓晶体光整流效应产生的可调谐宽带太赫兹辐射,并采用数值计算对上述过程进行了仿真研究,探索了整形激光脉冲参数对太赫兹辐射的影响。研究发现,利用4F整形系统调节激光频谱分量获得的整形超短激光脉冲与硒化镓晶体的光整流效应可以产生频谱可调的宽带太赫兹辐射,并且可以使太赫兹脉冲的中心频率由高频部分向低频部分调制,同时带宽也会发生一定的变化。     

刻划微棱锥抗反射层的GaP太赫兹波发射器

报道了利用出射面加工有微棱锥结构抗反射层的GaP晶体THz发射器产生超快THz脉冲. 基于微结构界面等效折射率渐变原理, 设计并利用超精密微加工技术在GaP块状THz发射器出射面加工了亚波长微棱锥结构层, 用以提高所产生的THz波的耦合输出. 实验验证了该微结构层能提高所产生的THz波的耦合输出效率, 并能够有效散射剩余抽运光, 提高系统运转的稳定性.     

无偏压的串联光折变晶体回路中高斯光束传播特性调节

根据串联光折变晶体回路中独立空间孤子对理论,研究了明暗孤子对之间的相互依赖特性.假设一束暗孤子波和一束高斯光束分别入射到回路中两块晶体上,利用数值计算方法讨论了改变其中暗孤子光束的强度对高斯光束在另外一个晶体中传播特性的影响.结果表明,调节暗孤子的强度能够影响高斯光束的传播特性,可以决定高斯光束在晶体中是否能够演化为稳定传播的明孤子波 关键词： 非线性光学 光折变效应 光折变空间孤子对 高斯光束     

GaSe晶体的双光子吸收对太赫兹输出的影响

根据光整流效应,利用超快激光脉冲泵浦GaSe晶体实现了0.2~2.5 THz的宽带太赫兹辐射输出。禁带中的电子在两个800 nm光子的作用下激发到导带中形成自由载流子,进而吸收所产生的太赫兹辐射,最终导致太赫兹的输出随泵浦功率的增加而趋于饱和。为了研究双光子吸收对太赫兹输出的影响,测量了800 nm处的GaSe晶体的双光子吸收系数,结果为 0.165 cm/GW。通过对太赫兹输出实验数据的拟合,得到GaSe晶体中自由载流子对太赫兹输出的吸收截面为1×10^-15 cm²。本文的研究结果可用于优化GaSe晶体在强激光泵浦下的太赫兹转换效率。     

锥形太赫兹量子级联激光器输出功率与光束特性研究

针对锥形太赫兹量子级联激光器, 利用有限差分波束传播法和速率方程法, 建立了准三维的太赫兹有源器件仿真模型, 能够对具有轴向非线性波导结构的激光器进行模拟. 利用此模型, 研究了锥角大小对激光器输出光功率及光束质量的影响. 仿真结果表明, 考虑到器件之间的光耦合效率, 为了达到最大的有效输出光功率, 锥形太赫兹量子级联激光器的锥角存在一个最优值.     

多功能太赫兹超表面偏振控制器

本文提出了一种“金属栅-开口环/硅环-金属栅”结构的透射式超表面偏振控制器, 研究了入射角度和抽运光对该器件传输及偏振态控制性能的影响. 研究结果表明, 当线偏振太赫兹波垂直入射时, 可对0.39-1.11 THz频段的太赫兹波实现偏振方向90°旋转, 偏振旋转效率为99%, 损耗为1 dB. 对于斜入射的情况, 偏振转换性能在0-60°范围内基本保持不变, 且透过率达到90%以上. 同时, 通过调控抽运光强度的方式, 该器件能够实现对透射与反射太赫兹光束的强度调制, 调制深度均达到90%, 且可以实现太赫兹波偏振分束功能. 该器件可以作为未来太赫兹空间光通信和信息处理的宽带、角度不敏感、可调谐的偏振转换器和分束器.     

级联差频产生太赫兹辐射的理论研究

针对差频产生太赫兹(THz)辐射转换效率低的缺点,提出了级联差频的新机理以提高转换效率,并以ZnTe晶体为例,对级联差频产生THz辐射的原理和过程进行了理论研究.通过对级联差频耦合波方程组的求解,得出了ZnTe晶体中级联差频的最佳抽运条件和ZnTe晶体的最佳长度,并且分析了晶体吸收、波矢失配及抽运强度对级联差频的影响.计算结果表明,通过级联差频可以大大提高THz波的转换效率,其光子转换效率甚至可以超过Manley-Rowe关系的限制. 关键词： 太赫兹辐射 差频 级联 ZnTe晶体     

高斯光束孤波演化过程中的自偏转

研究了无耗晶体的扩散效应对高斯光束在光伏光折变晶体中孤波演化特性的影响。结果表明，对于给定的与晶体参量匹配的高斯光束，晶体的扩散效应将造成高斯光束孤波演化的自偏转，而且其自偏转过程与同参量的屏蔽光伏明孤子的自偏转过程具有极其类似的特征。同时发现，高斯光束的波形即光束的横截面对其孤波演化的自偏转影响最大。比较了高斯光束孤波演化的自偏转与明孤波自偏转的理论曲线，结果表明，对于匹配的高斯光束，其自偏转程度与解析计算结果非常接近。     

非线性克尔效应对飞秒激光偏振的超快调制

研究了近红外飞秒激光的偏振在太赫兹频率的超快调制.利用抽运-探测光谱技术,通过改变两个脉冲之间的延迟时间可以控制光脉冲的旋转角.在Li：NaTb（WO₄）₂磁光晶体中观察到探测光的偏振随延迟时间变化的高速振荡,振荡信号的中心频率为0.19 THz.这种超快偏振调制现象可以解释为,抽运-探测实验构置中,前向传播的抽运光诱导的光学克尔非线性引起被晶体远端表面所反射的背向传播的探测光脉冲偏振面的额外旋转.通过改变抽运光的圆偏振旋性可以控制探测光调制信号的相位和振幅.实验结果表明,非线性光学克尔效应可以作为一种全新的手段,在磁光晶体中实现近红外飞秒激光以太赫兹频率的超快偏振调控.这将在超快磁光调制器等全光器件中得以应用.实验结果将有助于偏振依赖的超快动力学过程的研究.     

ZnTe晶体中光学整流产生的THz辐射及其电光探测研究

借助抽运-探测技术研究了ZnTe晶体中光学整流产生的太赫兹(THz)辐射，利用ZnTe晶体的线性电光效应探测THz辐射场分布，观察到了较窄(约为0.2 ps)的THz场分布及相应较宽(响应超过4 THz，半峰宽约为2.4 THz)的THz频谱，并运用琼斯矩阵对实验结果进行了理论拟合. 研究了飞秒激光脉冲波长(750—850 nm)、脉冲宽度(56—225 fs)和晶体旋转与THz辐射产生的关系. 同时改变探测光偏振方向进行偏振调制，并从理论上分析了偏振调制对THz辐射探测的影响. 关键词： THz辐射 光学整流 电光探测 ZnTe     

周期极化铌酸锂波长转换器脉冲抽运时的波形畸变

理论分析了周期性结构的LiNbO3晶体(PPLN)光波导在脉冲光抽运时的级联二阶非线性效应,并通过数值计算得到了抽运、倍频、信号及转换四个光脉冲的波形在波导中的演化。研究表明,使用脉冲光抽运时,由于抽运光脉冲与倍频光脉冲之间的群速度失配导致的走离,将使倍频光脉冲产生展宽;再通过差频转换使得转换光脉冲产生了波形畸变和峰值偏移。最后通过实验验证了转换光脉冲的波形畸变。     

C60LB薄膜覆盖离子交换玻璃波导的光功率限制

集成光学光波导是光学非线性相互作用的理想结构,与块状结构相比,波导结构能够把光束限制在微米量级的尺寸范围,形成了光束在光波导中无衍射传播并造成作用在波导媒质上的光功率密度成数量级增长,使非线性相互作用所要求的长相互作用距离和高功率密度二因素得到满足.