高功率光學(xué)參量振蕩太赫茲源原理研究.pdf

1、本文及本項(xiàng)研究的目的在于設(shè)計(jì)和搭建高功率、高轉(zhuǎn)換效率的參量振蕩太赫茲輻射源,并提供可行的設(shè)計(jì)方案。最近幾年的研究表明,太赫茲在諸如醫(yī)學(xué)、生物、軍事、探測等領(lǐng)域擁有著十分廣闊的應(yīng)用前景,而0.1-3THz頻段的太赫茲波在上述領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用同樣也擁有著特殊的地位。本課題所設(shè)計(jì)的太赫茲外腔參量振蕩輻射源產(chǎn)生的可調(diào)諧的太赫茲波段主要在0.9-3THz,涵蓋這一特殊的太赫茲波段。故本文,圍繞著太赫茲特別是1.5THz左右的波段范圍的應(yīng)用范圍,展開討

2、論,進(jìn)而介紹本課題產(chǎn)生太赫茲的機(jī)制,以及下一步工作的總結(jié)和展望,本文主要內(nèi)容包括:
　　1.介紹太赫茲的應(yīng)用領(lǐng)域及產(chǎn)生機(jī)制,總結(jié)了國際上0.1-3THz波段太赫茲的研究進(jìn)展,并結(jié)合本課題太赫茲源設(shè)計(jì)方案,分析本課題研究內(nèi)容的意義及前景。
　　2.對TPO過程中所涉及到的三波耦合過程進(jìn)行了理論分析和公式推導(dǎo),并得到太赫茲波、斯托克斯光在參量震蕩過程中的增益表達(dá)式,以及斯托克斯光功率與太赫茲功率間的關(guān)系,最終通過公式推導(dǎo)獲得外腔

3、TPO閾值表達(dá)式。并在此基礎(chǔ)上,對外腔TPO雙激光脈沖泵浦的條件下進(jìn)行了理論計(jì)算,分析雙脈沖激光脈沖時(shí)間延遲對太赫茲波參量過程的影響及閾值分析。
　　3.回顧前人TPO外腔實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),總結(jié)了前人實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn),并在前人設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改善,設(shè)計(jì)了新的TPO實(shí)驗(yàn)方法,改善了實(shí)驗(yàn)參數(shù)(如腔長、晶體長度、泵浦光光斑直徑、泵浦光脈寬等參數(shù)),獲得了更高的太赫茲輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。
　　4.提出了幾種可提高外腔TPO太赫茲源輸出功率的

4、方法,并進(jìn)行了模擬計(jì)算。設(shè)計(jì)了太赫茲合束的空間幾何模型,計(jì)算模擬出了單束、2×1雙束以及2×2四束太赫茲束的空間合束圖像,并研究了接收距離、高斯光束峰值間距與太赫茲束干涉強(qiáng)度的關(guān)系,以及束間相位差對合成的影響。根據(jù)現(xiàn)有的 TPO實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)條件,給出了太赫茲合束技術(shù)實(shí)現(xiàn)的3種方案。分析了各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)可行性。介紹了一種超材料微結(jié)構(gòu),對一定頻率范圍內(nèi)的太赫茲具有增透的作用,介紹了該增透膜結(jié)構(gòu)的具體形式、參數(shù)及所用材料,并利用