基于铌酸锂晶体参量过程提升太赫兹波输出效率研究

发布时间：2020-06-06 08:25

【摘要】：太赫兹(THz)波在穿透成像、物质鉴别、高速率通信等方面都有着重要应用前景。基于晶体参量过程的太赫兹波参量振荡器(TPO)可以在室温下运转输出宽带连续可调谐,时间和空间相干性好的THz波,具有广泛应用前景,但目前THz参量源的输出效率比较低。本文利用硅棱镜耦合出射式(Si-TPO)和垂直浅表面耦合出射式(SE-TPO)两种方式,进行TPO实验研究,探索提升THz波输出效率的实验方案。首先,本文理论分析受激电磁耦子散射(SPS)产生THz波的基本理论,然后由铌酸锂晶体的一些参数,得到了其色散特性及吸收特性曲线以及在泵浦光为1064 nm时的相位匹配关系,然后对Si-TPO进行仿真,确定实验的基本参数。搭建Si-TPO实验装置,实验研究其基本输出特性,得到了其角度调谐曲线,并实现了THz波的可调谐输出,实验测得THz波的频率调谐范围是0.7~2.4 THz,THz波频率为1.2 THz附近,THz波输出最大,在泵浦光能量为14 mJ时,即泵浦光功率密度为255 MW/cm~2,THz波的输出为474 nJ,能量转化效率为3.39×10~(-5)。对泵浦光进行切割,发现泵浦光y在方向的尺寸为1 mm左右时,THz波的输出效率更高,最终对光斑进行优化,将泵浦光斑直径为2 mm光斑的y方向尺寸限制成1 mm,与直径为2 mm光斑相比,调谐范围增大,输出能量也有所提升,与直径1mm光斑相比,输出能量提升了1.9倍。搭建SE-TPO实验装置,对其基本输出特性进行实验研究,得到其角度调谐曲线,并实现了THz波的可调谐输出,实验测得THz波的频率调谐范围是1.47~2.37THz,THz波频率为1.8 THz附近获得最大输出,在泵浦光能量为25 mJ时,泵浦光功率密度为114 MW/cm~2,THz波的输出能量为23 nJ,转化效率为0.91×10~(-6)。研究不同直径光斑及不同泵浦功率密度对输出THz波的影响,在光斑直径为2.5mm,泵浦能量为42 mJ,获得THz波的输出为66 nJ,采用两点输出SE-TPO,使泵浦光与Stokes光在晶体内全反射两次,THz波能够从两个全反射位置输出,最终获得两束THz波的总输出为109 nJ,输出能量及效率相对于梯形晶体提升了1.65倍。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O441.4

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本文编号：2699418