基于Cherenkov相位匹配差頻的可調(diào)諧單頻THz輻射源研究.pdf

1、寬調(diào)諧單頻相干太赫茲(THz)輻射源在高分辨波譜分析等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。非線性光學(xué)差頻方法具有低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、室溫運(yùn)轉(zhuǎn)、輸出頻率范圍寬、相干性好等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)寬調(diào)諧單頻THz產(chǎn)生的有效途徑。一種類似于沖擊波的Cherenkov形式，由于自動(dòng)滿足相位匹配，成為THz差頻的一種新型匹配方式。目前，國(guó)際上對(duì)該方法的研究還不夠深入。本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)Cherenkov相位匹配的差頻THz產(chǎn)生進(jìn)行了全面探索。近年來(lái)，隨著有機(jī)非線性晶

2、體的發(fā)現(xiàn)，基于有機(jī)材料的THz輻射源開始受到關(guān)注。本文利用國(guó)產(chǎn)的有機(jī)非線性晶體對(duì)超寬調(diào)諧THz差頻進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.建立了塊狀晶體中Cherenkov相位匹配差頻的理論模型。利用空間Fourier展開方法求解波動(dòng)方程，獲得了輻射場(chǎng)的解析表達(dá)式，解釋了Cherenkov差頻的作用機(jī)理和THz輸出特性，并為輻射源性能的改進(jìn)提供了理論指導(dǎo)。
　　2.建立了基于平板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的Chere

3、nkov相位匹配差頻理論模型。針對(duì)一般的非對(duì)稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，求解有源波動(dòng)方程，分析了幾種典型結(jié)構(gòu)的THz輸出特性，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)參數(shù)，理論上將差頻轉(zhuǎn)換效率提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。發(fā)展了包含泄漏模的波導(dǎo)耦合模理論，進(jìn)一步提出了在波導(dǎo)中通過(guò)Cherenkov相位匹配實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)差頻高效THz產(chǎn)生的新途徑，比較分析了級(jí)聯(lián)效應(yīng)對(duì)THz差頻的增強(qiáng)效果，為從根本上打破THz差頻轉(zhuǎn)換效率的量子極限提供了理論依據(jù)。
　　3.利用鈮酸鋰晶體進(jìn)行了Cherenkov相位

4、匹配差頻的實(shí)驗(yàn)研究。改進(jìn)了雙波長(zhǎng)泵浦源的性能，將Cherenkov差頻的輸出能量提高至nJ量級(jí);通過(guò)對(duì)其輸入輸出特性、輸出波束的能量分布和偏振態(tài)等方面的測(cè)量，并結(jié)合所得的理論模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該現(xiàn)象更全面的認(rèn)識(shí)。
　　4.利用國(guó)產(chǎn)有機(jī)非線性晶體進(jìn)行了THz差頻的實(shí)驗(yàn)研究。比較了DAST、OH1和DSTMS三種晶體的差頻特性，利用DSTMS晶體實(shí)現(xiàn)了0.88-19.27THz范圍的超寬調(diào)諧，在2.47mJ泵浦能量下，獲得最高脈沖能量85