本文選題：電磁耦子散射 + 太赫茲　； 參考：《山東大學》2017年碩士論文

【摘要】：太赫茲參量源因體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、室溫下穩(wěn)定運轉(zhuǎn),調(diào)諧范圍大以及輸出峰值功率高等優(yōu)點被人們廣泛關(guān)注,其物理基礎(chǔ)是受激電磁耦子散射。電磁耦子是光波和晶體的晶格振動模耦合的產(chǎn)物。合適的太赫茲參量源晶體不僅需要含有紅外和拉曼雙活性的A1晶格振動模式,而且也需要擁有高的非線性系數(shù)、大的抗光損傷閾值,以及在太赫茲波段較高的透過率。LiNbO_3晶體、KTP晶體、KTA晶體、RTP晶體目前均可作為太赫茲參量源晶體。以1064 nm激光作為泵浦光,利用上述晶體的太赫茲參量源可以獲得從1 THz到7 THz的太赫茲波輸出。部分太赫茲參量源在調(diào)諧過程中出現(xiàn)了太赫茲頻率縫隙�？p隙會影響太赫茲波的連續(xù)調(diào)諧,在不同調(diào)諧位置,太赫茲波呈現(xiàn)有不同的峰值輸出能量。耦合波方程理論可以用來描述受激電磁耦子散射產(chǎn)生太赫茲波的過程。國內(nèi)外研究人員在泵浦光強為常量以及相互作用區(qū)域在晶體作用長度以內(nèi)是重合的假設(shè)下,給出過斯托克斯和太赫茲波增益隨著傳輸距離改變的表達式。然而在高效率運轉(zhuǎn)的太赫茲參量源中,泵浦光和太赫茲光的非共線相位匹配角度非常大,并且泵浦光的消耗非常明顯,因此,不能再簡單將三波視為共線相位匹配,也不能將泵浦光視作不變的光場。在受激電磁耦子散射理論中,太赫茲光強的增益系數(shù)由兩部分組成,一部分是二階非線性系數(shù),另一部分是等效二階非線性系數(shù)。本文明確了其中等效二階非線性系數(shù)與A1模式的拉曼強度、紅外強度的關(guān)系,詳細分析了 KTP晶體內(nèi)多個A1模式對輸出某個頻率太赫茲波具體的影響。在實驗中,通過表面垂直出射的基于KTP晶體的太赫茲參量振蕩器,獲得了高能量的太赫茲波�；贛gO:LiNbO_3晶體的種子注入太赫茲參量產(chǎn)生器,本文首次考慮了大角度的非共線匹配造成的空間相互作用區(qū)域不重合的情況和強消耗的泵浦光下運轉(zhuǎn)的太赫茲參量過程。對于耦合波方程組,給出了數(shù)值解法,并在實驗上驗證了該數(shù)值解法的可靠性。本論文具體研究內(nèi)容如下:1.基于受激電磁耦子散射耦合波方程,對太赫茲光強的增益系數(shù)進行了分析。增益系數(shù)中,等效二階非線性系數(shù)Re(ρ2j")與參量ηj和參量ξj(wT)的積成線性比例關(guān)系。通過對ηj,ξj(wT)以及Re(ρ2j")的理論分析可知,參量ηj和A1模式的紅外強度與拉曼散射截面的積成正比,參量ξj(wT)與太赫茲波頻率和A1模式頻率直接相關(guān)。在頻率為wT處產(chǎn)生的太赫茲波,頻率相鄰的A1模式對其影響最強烈,頻率差異大的模式對其影響減弱。在太赫茲增益系數(shù)小,而損耗較大的頻率位置,難以通過基于受激電磁耦子散射的太赫茲參量源在該位置處獲得太赫茲波輸出。將1064.16 nm平頂形脈沖光作為泵浦光輸入,利用梯形切割的KTP晶體,基于太赫茲參量振蕩器的實驗設(shè)置,我們獲得了從3.04 THz到 3.50 THz,4.28 THz到 4.54 THz,4.82 THz 到 4.99 THz 以及從 5.47 THz 到 6.04 THz的太赫茲波的調(diào)諧輸出。在泵浦脈沖能量為256 mJ下,最高獲得了單脈沖能量為1.56 μ,頻率為5.73 THz的太赫茲波輸出。2.在考慮了受激電磁耦子散射過程的大角度非共線相位匹配和泵浦光大幅度消耗情況下,理論分析了基于MgO:LiNbO_3的種子注入式太赫茲參量產(chǎn)生器輸出太赫茲波的過程。我們對太赫茲參量源的作用區(qū)域進行了合理分割,并對受激電磁耦子散射過程的耦合波方程給出了數(shù)值解法。利用波長為1064.16 nm的平頂型脈沖光作為輸入的泵浦光,1070.76 nm的脈沖光作為注入的種子斯托克斯光,基于MgO:LiNbO_3晶體的表面垂直出射的種子注入太赫茲參量產(chǎn)生器,進行了實驗與理論研究。當泵浦光脈沖能量為63.6 mJ,種子脈沖能量為9.8 mJ時,實驗上能夠得到0.69 μJ的太赫茲波輸出。通過合理的參數(shù)設(shè)置,理論計算結(jié)果能夠與實驗結(jié)果較為符合。
[Abstract]:In this paper , a terahertz parametric oscillator with high nonlinear coefficient , high nonlinear coefficient , and high transmittance is obtained . The coupling wave equation theory can be used to describe the laser beam with high nonlinear coefficient , high light damage threshold and high transmittance in terahertz wave band . Based on the experimental setup of the terahertz parametric oscillator , we obtained the tuning output of terahertz waves from 3.04 THz to 3.50 THz , 4.28 THz to 4.54 THz , 4.82 THz to 4.99 THz and from 5.47 THz to 6.04 THz .

【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN753.91

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