發(fā)布時間：2020-03-17 22:13

【摘要】：太赫茲波(l THz=1012Hz)是位于紅外波和微波之間的一種電磁波,由于其在電磁波譜的特殊位置,因此在材料檢測、醫(yī)學成像和光譜分析等領域上具有重要的應用�；谑芗る姶篷钭由⑸涞奶掌潊⒘空袷幤�(Terahertz Parametric OscillatorsTPO)可以在室溫下輸出具有良好方向性的窄脈寬、高功率、可連續(xù)可調的THz波,這是目前實現(xiàn)THz輸出的主要方法。本文主要研究TPO中Stokes光和泵浦光形狀對輸出THz光的影響和TPO中各參量對振蕩閾值的影響。在理論方面,分析了TPO產生THz光的基本理論,根據(jù)Mg O:Li Nb O3晶體的晶格參數(shù),計算了在TPO過程中信號光和閑頻光的增益表達式,以及在高損耗假設下信號光和閑頻光的功率,得到當損耗比較高的情況下,產生的閑頻光功率與損耗成正比的結論。計算了THz頻帶的色散方程并仿真Li Nb O3晶體中A1對稱模色散分布和吸收特性曲線,得到了泵浦波長為1064nm下的相位匹配關系。在實驗方面,通過太赫茲參量產生器(Terahertz Parameter Generation-TPG)實驗研究受激電磁耦子散射(SPS)過程中Stokes光的色散特性曲線和增益系數(shù);在泵浦光能量為10m J下更換晶體長度并分別測量Stokes光的相對強度,在SPS過程中Stokes光的增益系數(shù)為1.32cm-1。通過搭建硅棱鏡陣列耦合輸出TPO實驗平臺驗證THz光在泵浦光中傳輸不會有能量的衰減。不切割Stokes光時輸出的THz頻率范圍為1.22~2.54THz,對Stokes光切割后輸出THz的頻率范圍為0.86~2.54THz,說明通過切割泵浦光的方法可以在保證THz光輸出能量的基礎上實現(xiàn)較大的調諧范圍。研究了TPO各參量對振蕩閾值的影響,當腔長從170mm增加到260mm時,閾值功率密度從52MW/cm2增加到70MW/cm2,增加了35%。當輸出鏡反射率R從0.9降低到0.5時,TPO閾值從51MW/cm2增加到53MW/cm2,增加了5.3%。當晶體長度從70mm降低到30mm時,TPO閾值從58MW/cm2增加到128MW/cm2,增加到原來的2.2倍。最后搭建一個淺表面垂直耦合輸出TPO實驗平臺,將泵浦光斑整形為橢圓光斑,實現(xiàn)了對輸出THz波光束質量的改善和輸出調諧范圍的拓展。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文第 1 章 緒論1.1 課題背景及研究的目的和意義太赫茲波（lTHz =1012Hz）是指頻率范圍在 0.1THz~10THz 的電磁輻射波[1]，波長范圍大小為 30μm~3000μm，在光譜中位于遠紅外和毫米波段中間，是光子和電子的交叉區(qū)域，因其具有一些特殊的性質，所以許多國家都將 THz 技術以及其應用作為重要研究方向[2]。THz 波在電磁波譜中的位置如圖 1-1 所示，1THz 時常見單位和單位如表 1-1 所示：

哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文將 Nd：YAG 激光器作為泵浦光源，輸出的 1064nm 的激光作為泵晶體內構成 THz 參量振蕩器（TPO），同時利用硅棱鏡耦合[16]、極大提高了晶體中 THz 波的輸出效率。采用光柵耦合方式的 THz 比常規(guī)的切角耦合方式提高了將近 50 倍，雖然這兩種方式都可以難，但是輸出的 THz 光的方向性很差，極大的限制了在某些領域的又提出來使用高阻率硅棱鏡耦合輸出太赫茲波的方式，能顯著改的方向性。實驗結果表明，采用高阻率硅棱鏡耦合輸出太赫茲方式在整個調諧范圍內，指向僅僅變化了 2°左右。緊接著，將幾塊棱陣硅棱鏡組，也解決了單塊硅棱鏡通光孔徑小和耦合面積小的問題目前為止還是太赫茲波耦合的主要輸出方式。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN753.91

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