基于受激拉曼散射效應(yīng)的窄帶GaAs太赫茲輻射源及新型太赫茲探測技術(shù)的理論研究.pdf

1、THz波在電磁波譜中所處的位置,及其自身主要特點(diǎn)和在光譜學(xué)、材料學(xué)、生物醫(yī)療、通信,及國防反恐等方面廣闊的應(yīng)用前景,使其受到了越來越多的重視。而THz光子學(xué)研究與發(fā)展的基礎(chǔ)則是對(duì)THz源和探測器的研究。本文的主要內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)可歸納如下:
　　 1.本文從Wherrett提出的多光子吸收理論出發(fā)研究分析GaAs晶體的光致雙光子吸收效應(yīng),給出了光致雙光子吸收條件下的GaAs晶體色散修正公式；研究了由雙光子吸收造成的GaAs晶體的自聚

2、焦效應(yīng)的大小,及其對(duì)光束的空間分布的影響。
　　 2.基于受激拉曼散射的基本原理,利用常見的聲子波矢、晶格位移時(shí)域方程及等離子體密度速率方程,從理論上分析了泵浦光光強(qiáng)對(duì)等離子體振子的影響；數(shù)值模擬出不同等離子體密度條件下,晶格位移隨時(shí)間和頻率的變化情況；以及等離子體振子的存在對(duì)晶體在紅外波段和THz波段的色散情況和晶體吸收情況的影響。數(shù)值模擬了斯托克斯光的角度調(diào)諧曲線。
　　 3.從理論上研究了內(nèi)腔泵浦雙諧振參量振蕩器的

3、腔內(nèi)泵浦光功率、信號(hào)光和閑頻光功率的時(shí)間演變特性；首次推導(dǎo)出電光調(diào)Q雙諧振內(nèi)腔參量振蕩器的閾值表達(dá)式,并進(jìn)行了數(shù)值模擬。理論分析結(jié)果為電光調(diào)Q內(nèi)腔雙諧振參量的實(shí)驗(yàn)研究提供了全面的理論基礎(chǔ)。進(jìn)行了電光調(diào)Q內(nèi)腔泵浦KTP-OPO在2.128μm附近近簡并點(diǎn)雙諧振運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn),研究了內(nèi)腔參量振蕩過程中信號(hào)光和閑頻光的角度調(diào)諧特性和光譜性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)中獲得的雙諧振振蕩的角度調(diào)諧范圍,與理論計(jì)算基本一致。在2.128μm附近獲得了重復(fù)頻率為10Hz的情

4、況下,最大能量60.7mJ、脈寬6.2ns的雙諧振輸出。
　　 4.我們進(jìn)行了在單塊GaAs晶體中利用其受激拉曼散射效應(yīng)產(chǎn)生THz輻射的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)在泵浦光能量10.5～30.5mJ、泵浦光波長2284nm的情況下,基于GaAs晶體由等離子體振子-LO聲子相互作用引起的受激拉曼散射效應(yīng),通過改變泵浦光能量實(shí)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)THz輻射調(diào)諧為0.9～3THz的可調(diào)諧THz輻射的輸出,并給出了由泵浦光能量決定的THz頻率的調(diào)諧特性。

5、　　 5.首次對(duì)利用菲涅爾相位匹配GaAs晶體實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧THz探測的可行性進(jìn)行了理論研究計(jì)算模擬了GaAs晶體的頻率上轉(zhuǎn)換光角度調(diào)諧曲線,從理論上研究分析了Goos-Hanchen延遲、晶體表面拋光精度、內(nèi)反射角允許帶寬和有效非線性系數(shù),以及晶體對(duì)THz輻射的吸收對(duì)上轉(zhuǎn)換效率的影響；首次利用分段分析、疊加的方法推導(dǎo)出在晶體對(duì)THz波的吸收不可忽略情況下,菲涅爾非共振相位匹配的上轉(zhuǎn)換效率公式及頻率上轉(zhuǎn)換光的輸出光強(qiáng)公式。并對(duì)菲涅爾相位匹