高效率光抽運(yùn)氣體波導(dǎo)產(chǎn)生THz激光的研究.pdf

1、光抽運(yùn)氣體太赫茲(THz)激光輻射源具有光束質(zhì)量好、輸出功率高、能在常溫下持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但受振動瓶頸效應(yīng)的影響，其轉(zhuǎn)化效率仍較低。針對這一問題，本文提出適當(dāng)減小波導(dǎo)芯徑與添加緩沖氣體的方法，消除振動瓶頸效應(yīng)、提高激光器能量轉(zhuǎn)化效率和輸出功率。本研究給出光抽運(yùn)氣體波導(dǎo)產(chǎn)生THz激光的能量轉(zhuǎn)化模型，理論分析了影響能量轉(zhuǎn)化效率和輸出功率的各種因素，并進(jìn)行了紅外光抽運(yùn)THz波導(dǎo)激光器的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究。
　　

2、論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.TEA脈沖激光抽運(yùn)氣體波導(dǎo)產(chǎn)生THz激光的研究。基于半經(jīng)典理論和振動弛豫理論，分析得到TEA二氧化碳激光抽運(yùn)氣體產(chǎn)生THz激光增益系數(shù)及抽運(yùn)光吸收系數(shù)。計(jì)算輸出光強(qiáng)、抽運(yùn)吸收光強(qiáng)、增益系數(shù)及抽運(yùn)吸收系數(shù)等物理量并作分析。研究添加緩沖氣體和適當(dāng)減小波導(dǎo)芯徑提高THz激光輸出光強(qiáng)的物理機(jī)制，建立模型并做數(shù)值計(jì)算和分析。研究表明，添加適量緩沖氣體和適當(dāng)減小波導(dǎo)芯徑均能有效克服振動瓶頸效應(yīng)。添加1∶1的SF

3、6作為緩沖氣體同時考慮波導(dǎo)壁退激活時，THz激光輸出光強(qiáng)由2.2×104W/cm2增加為3.4×104W/cm2。
　　2.連續(xù)波CH3OH氣體波導(dǎo)THz激光器的研究。建立激光能量轉(zhuǎn)化模型，基于速率方程理論，理論分析并求解得到抽運(yùn)光吸收系數(shù)、THz小信號增益系數(shù)以及THz激光輸出功率表達(dá)式。以CH3OH為工作氣體，數(shù)值計(jì)算上述物理量并做理論分析,計(jì)算結(jié)果與相關(guān)實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)吻合較好?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果和振動弛豫理論研究添加緩沖氣體及適

4、當(dāng)減小波導(dǎo)芯徑提高轉(zhuǎn)化效率和THz激光輸出功率的物理機(jī)制，并作數(shù)值計(jì)算與分析得到最佳波導(dǎo)芯徑及最佳緩沖氣體比例的優(yōu)化規(guī)律。研究表明，添加適量緩沖氣體和適當(dāng)減小波導(dǎo)芯徑均能有效克服振動瓶頸效應(yīng)。添加1∶1的He作為緩沖氣體同時減小波導(dǎo)至6mm時，THz激光輸出功率較純CH3OH、12.5mm波導(dǎo)時提高18％。
　　3.光抽運(yùn)THz激光器器件的研究?；诟窳趾瘮?shù)法研究金屬線柵在THz波段的散射特性。分別以金屬線柵和閃耀光柵為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出