光学差频产生中红外激光和太赫兹辐射的研究

论文摘要

太赫兹辐射频率在光子与电子频率之间的特殊位置,以及太赫兹辐射在光谱分析、医学成像、环境检测、通信和国防等方面的广阔应用前景,使其受到越来越多的青睐。中红外辐射源在遥感、光谱分析、工业过程控制、光生物学、光化学、军事等方面有着极其重要的应用。可调相干输出的光源在这些领域就显得尤为重要。基于光学差频理论的非线性频率变换技术可以获得室温运转、宽调谐、高功率和结构紧凑的相干中红外和太赫兹辐射源。本论文的主要内容和创新点归纳如下:1.叙述了太赫兹波的重要特点和应用领域。介绍了光学方式产生太赫兹辐射的方法和国内外太赫兹源的发展情况。概述了中红外辐射源的产生方式和发展历程。2.从三波互作用的耦合波方程出发,在高斯模型和平面波模型近似下,研究了差频过程中三波能量转移的过程。并分析了两种近似下的区别和不同适用条件。3.分析了非线性差频晶体在中红外波段的特性,以及相位匹配和色散条件。利用重复频率10Hz的1064nm半导体激光器泵浦KTP-OPO参量振荡器,得到2.1μm附近双波长连续输出,在硒化镓晶体中差频得到了连续可调的7-19μm中红外辐射,峰值功率达7.5kW。4.利用内腔泵浦KTP-OPO输出2.1μm附近双波长作为差频泵浦源,在磷锗锌晶体中差频得到7-12μm连续谐调中红外辐射输出,峰值功率达2.23kW。5.利用双KTP-OPO参量振荡器作为差频泵浦源,对磷锗锌晶体差频实现太赫兹辐射进行实验模拟和设计。对皮秒短脉冲泵浦光在周期结构晶体中差频实现太赫兹波的时域和频域光谱进行模拟,并分析了影响走离长度的因素。利用归一化耦合波方程理论,分析了差频实验中的影响差频光子转换效率的因素并提出改进措施。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 太赫兹辐射特点与发展研究现状
• 1.1.1 太赫兹波的特点及应用
• 1.1.2 太赫兹波的产生方式
• 1.1.3 太赫兹源技术的研究现状
• 1.2 中红外辐射的发展与研究现状
• 1.3 本文选题背景与研究内容
• 第二章 差频过程理论与研究
• 2.1 差频原理平面波模型
• 2.2 差频原理高斯模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 差频产生8-12μm中红外辐射的研究
• 3.1 中红外晶体简介
• 3.2 GaSe差频产生中红外辐射的理论分析
• 3.3 GaSe差频产生中红外辐射的实验研究
• 3.4 ZnGeP2差频产生中红外辐射实验研究
• 3.5 实验分析与改进
• 3.6 本章小结
• 第四章 光学差频产生太赫兹辐射的理论分析
• 4.1 差频产生太赫兹辐射的理论分析及数值模拟
• 4.2 周期极化晶体ps脉冲差频分析
• 4.3 差频产生太赫兹辐射的实验结论分析
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢