【摘要】：太赫茲(THz)波在穿透成像、物質(zhì)鑒別、高速率通信等方面都有著重要應(yīng)用前景。基于晶體參量過程的太赫茲波參量振蕩器(TPO)可以在室溫下運(yùn)轉(zhuǎn)輸出寬帶連續(xù)可調(diào)諧,時(shí)間和空間相干性好的THz波,具有廣泛應(yīng)用前景,但目前THz參量源的輸出效率比較低。本文利用硅棱鏡耦合出射式(Si-TPO)和垂直淺表面耦合出射式(SE-TPO)兩種方式,進(jìn)行TPO實(shí)驗(yàn)研究,探索提升THz波輸出效率的實(shí)驗(yàn)方案。首先,本文理論分析受激電磁耦子散射(SPS)產(chǎn)生THz波的基本理論,然后由鈮酸鋰晶體的一些參數(shù),得到了其色散特性及吸收特性曲線以及在泵浦光為1064 nm時(shí)的相位匹配關(guān)系,然后對Si-TPO進(jìn)行仿真,確定實(shí)驗(yàn)的基本參數(shù)。搭建Si-TPO實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)研究其基本輸出特性,得到了其角度調(diào)諧曲線,并實(shí)現(xiàn)了THz波的可調(diào)諧輸出,實(shí)驗(yàn)測得THz波的頻率調(diào)諧范圍是0.7~2.4 THz,THz波頻率為1.2 THz附近,THz波輸出最大,在泵浦光能量為14 mJ時(shí),即泵浦光功率密度為255 MW/cm~2,THz波的輸出為474 nJ,能量轉(zhuǎn)化效率為3.39×10~(-5)。對泵浦光進(jìn)行切割,發(fā)現(xiàn)泵浦光y在方向的尺寸為1 mm左右時(shí),THz波的輸出效率更高,最終對光斑進(jìn)行優(yōu)化,將泵浦光斑直徑為2 mm光斑的y方向尺寸限制成1 mm,與直徑為2 mm光斑相比,調(diào)諧范圍增大,輸出能量也有所提升,與直徑1mm光斑相比,輸出能量提升了1.9倍。搭建SE-TPO實(shí)驗(yàn)裝置,對其基本輸出特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,得到其角度調(diào)諧曲線,并實(shí)現(xiàn)了THz波的可調(diào)諧輸出,實(shí)驗(yàn)測得THz波的頻率調(diào)諧范圍是1.47~2.37THz,THz波頻率為1.8 THz附近獲得最大輸出,在泵浦光能量為25 mJ時(shí),泵浦光功率密度為114 MW/cm~2,THz波的輸出能量為23 nJ,轉(zhuǎn)化效率為0.91×10~(-6)。研究不同直徑光斑及不同泵浦功率密度對輸出THz波的影響,在光斑直徑為2.5mm,泵浦能量為42 mJ,獲得THz波的輸出為66 nJ,采用兩點(diǎn)輸出SE-TPO,使泵浦光與Stokes光在晶體內(nèi)全反射兩次,THz波能夠從兩個(gè)全反射位置輸出,最終獲得兩束THz波的總輸出為109 nJ,輸出能量及效率相對于梯形晶體提升了1.65倍。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O441.4

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本文編號：2699418