四波混频差频产生太赫兹及光子晶体光纤特性的研究

论文摘要

太赫兹辐射频率处于光子与电子频率之间的特殊位置，并且在光谱分析、医学成像、环境检测、通信和国防等方面有广阔应用前景，这使其受到越来越多的关注。基于四波混频差频理论的非线性频率变换技术可以获得室温运转、高功率、宽调谐和结构紧凑的相干太赫兹辐射源。鉴于光子晶体光纤独特的结构，重点分析了光子晶体光纤的非线性系数等特性，并研究光子晶体光纤中产生太赫兹波的可行性。本论文的主要内容和创新点归纳如下:1.简要介绍了太赫兹波的特点、应用领域以及产生方法，并简单介绍光子晶体光纤的基本概念、分类和相关的特性。2.以纳秒量级近红外激光脉冲作为泵浦源，从非线性藕合波理论出发，详细分析了GaSe晶体和碱金属蒸气中的四波混频过程，通过四波混频差频效应获得太赫兹辐射源，得出了太赫兹波输出功率的解析表达式，并讨论了实现相位匹配的条件。实验方面对电光调Q1.064} m泵浦源内腔泵浦近简并点KTP光学参量振荡器来产生2.1}m附近可调谐双波长输出进行了研究，为四波混频差频产生太赫兹波提供了泵浦源。3.对模拟光子晶体光纤的各种计算方法做了概述与比较，着重介绍了有限元法的基本原理;然后对基于有限元算法的软件Comsol Multiphysics进行了简要的描述，具体给出了该软件建模仿真的步骤。4.首先介绍了关于光子晶体光纤色散参数和非线性系数的理论计算方法，然后自行设计了两种具有超平坦零色散特性和高非线性的光纤结构，利用基于全矢量有限元算法的COMSOL软件进行了数值模拟。5.首先介绍了双折射的基本原理，光子晶体光纤高双折射的实现方法以及目前的研究情况，并提出了光子晶体光纤双折射的数值模拟方法，然后提出了两种可实现高双折射的光纤结构，本文提出的高双折射光子晶体光纤将在光学传感和通信系统等诸多领域中有广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 太赫兹辐射源的概述
• 1.1.1 太赫兹辐射的主要特性及应用领域
• 1.1.2 光子学方法产生太赫兹辐射源
• 1.2 光子晶体光纤的概述
• 1.3 光子晶体光纤的特性
• 1.4 本文研究的内容
• 第二章 基于共振增强四波混频差频效应的太赫兹辐射源
• 2.1 太赫兹辐射源产生方法
• 2.2 太赫兹辐射系统及其理论分析
• 2.2.1 基于GaSe晶体的太赫兹波辐射研究
• 2.2.2 基于碱金属蒸气的太赫兹波辐射研究
• 2.3 2.1μm双波长内腔KTP光学参量器的实验研究
• 2.4 小结
• 第三章 光子晶体光纤的数值计算方法
• 3.1 光子晶体光纤数值计算方法概述
• 3.1.1 有限差分法
• 3.1.2 有限元法
• 3.1.3 平面波展开法
• 3.1.4 其它方法
• 3.2 有限元法的基本理论
• 3.2.1 有限元法的一般原理
• 3.2.2 有限元法过程
• 3.3 专业软件COMSOL MULTIPHYSICSTNT的概述
• 3.4 小结
• 第四章 光子晶体光纤超平坦色散和非线性特性研究
• 4.1 光子晶体光纤色散系数和非线性特性计算
• 4.2 两层空气孔光子晶体光纤
• 4.2.1 设计原理与理论分析
• 4.2.2 模拟结果与讨论
• 4.3 八层空气孔光子晶体光纤
• 4.3.1 设计原理与理论分析
• 4.3.2 模拟结果与讨论
• 4.4 小结
• 第五章 光子晶体光纤双折射特性研究
• 5.1 双折射的基本原理
• 5 2 基于三缺陷纤芯压缩光子晶体光纤的双折射特性研究
• 5.2.1 设计原理与理论分析
• 5.2.2 模拟结果与讨论
• 5.3 基于八角形结构光子晶体光纤的双折射特性研究
• 5.3.1 设计原理与理论分析
• 5.3.2 模拟结果与讨论
• 5.4 小结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢