中红外晶体受激电磁耦子散射产生太赫兹波的研究
发布时间：2020-12-17 13:57
随着太赫兹（THz）波在安全检查、生物医学、无线通讯等领域的广泛应用,高功率、高能量的THz辐射源的应用需求也大大提高。基于受激电磁耦子散射产生THz波具有高功率、宽调谐、窄线宽、结构简单、室温运转等优点,是一种实现高能量THz辐射源的有效途径。但目前该方法的量子转化转换效率较低,亟需提高。为了获得更大的转换效率,本文主要在受激电磁耦子散射产生THz波的基础上提出创新,采用一种新方法和一种新结构,耦合级联参量和基于非周期晶体差频产生THz波,从而提高THz波的输出强度与转换效率。本文的主要内容如下:1.介绍了一种基于周期结构GaP（OP-GaP）晶体的耦合级联光学参量过程高效放大THz波的方法。首先,在分析级联光相互作用机理的基础上,通过精确设置晶体周期波矢,使得两个级联光学参量过程的THz波和级联光强烈耦合,提出一阶与m阶耦合级联光学参量过程的耦合理论模型,推导矢量级联差频耦合波方程。其次,分析了级联阶数、相位失配、泵浦强度、红移和蓝移过程、非线性系数、吸收系数和初始THz强度等因素对THz波输出的影响,总结了不同因素对级联光能量流动的影响机制。耦合的级联光学参量过程增大了转换效率,...
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
THz波在电磁频谱中的位置
首先，THz辐射具有高穿透性和全覆盖性，使得它可以穿透许多日常物理障碍而且只有很小的衰减，如普通人的服装和包装材料[8]。其次，许多化学物质和爆炸材料在THz频率上表现出特征光谱响应，可用于危险物品识别[9]。此外，由于波长较短，THz辐射是非电离的，对人类人体不造成损伤[10]。因此，THz安检系统结合了安全使用的高分辨率成像系统和隐藏危险物品的光谱识别系统，可以广泛应用于人流量较大、安保难度大的机尝地铁站、大型会议活动等场合用于安全检查[11,12]。首届和第二届中国国际进口博览会也采用了THz成像安检仪，如图1-2所示，大大提高了安检效率与安全性，保护了被安检人员隐私。图1-2中国国际进口博览会入口的THz安检系统Fig.1-2THzsecuritysystemattheentranceofChinaInternationalImportExpo（2）在生物医学方面的应用由于THz波的非电离性质及其对软组织的高灵敏度，THz在生物医学方面的应用引起了人们的兴趣。THz波可以被分子键强烈吸收，例如存在于水中的氢键和存在于蛋白质中的N-H键，这意味着THz波对于由疾病引起的水分增加和血流等微弱变化非常敏感。THz波还能够探测化学物质的分子结构，并检测薄的材料层，例如药物片剂涂层和皮肤角质层（在特定位置）[13]。目前，THz组织检测模型已在糖尿病足综合征的筛查中得到应用[14]。如图1-3所示，给出THz组织检测模型以及由此产生的THz图像和通过含水量对糖尿病足综合征进行
1绪论3分类。图1-3（a）是THz波测量装置，图1-3（b-c）是THz检测成像。THz组织检测皮肤模型估计足部皮肤的水分含量，并且糖尿病组和对照组之间特别是在脚趾部位存在显著差异，如图1-3（d）所示。在外科医生和组织病理学家的合作下，Fitzgerald等人[15]研究了THz脉冲成像在新切除的人体组织中描绘肿瘤边缘的可行性。图1-4比较了切除的人体组织的THz图像和可视图像。将THz图像中肿瘤区域的大小和形状与相应的人体组织部分进行了比较，并且肿瘤面积和形状有良好的相关性[16]。图1-3（a）THz波测量装置的照片（b）对照组含水量的THz图像（c）糖尿病患者含水量的THz图像（d）使用大脚趾中心的数据计算对照组和糖尿病患者的水量[14]Fig.1-3(a)PhotographoftheTHzmeasurementset-up(b)THzimagesplottingthecalculatedwatervolumeforacontrol(b)THzimagesplottingthecalculatedwatervolumeforadiabeticpatient(d)Calculatedwatervolumeforcontrolanddiabeticpatientsusingdatafromthecentreofthebigtoe图1-4切除的肿瘤薄组织图像与THz图像[16]Fig.1-4VisibleimageofexcisedtissueandTHzimages（3）在通信方面的应用近年来，THz频率范围因其广泛的适用性而受到瞩目，THz技术正在扩展到更广泛的应用领域。在空间通信方面，与地面的THz波穿透大气的能力有限相反，在无大气环
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹探测技术应用及发展研究[J]. 刘瑞婷. 中国无线电. 2019(12)
[2]基于遥感信息的土壤含水量监测站点规划[J]. 王进,李春红,于承跃,张孝斌,王永峰,李文龙. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2019(06)
[3]太赫兹通信技术的研究与展望[J]. 杨静娜. 数字通信世界. 2019(03)
[4]基于图像相关分析的锁固型滑坡模型试验方法[J]. 姜彤,雷家华. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2018(06)
[5]High-average-power, high-repetition-rate tunable terahertz difference frequency generation with GaSe crystal pumped by 2 μm dual-wavelength intracavity KTP optical parametric oscillator[J]. DEXIAN YAN,YUYE WANG,DEGANG XU,PENGXIANG LIU,CHAO YAN,JIA SHI,HONGXIANG LIU,YIXIN HE,LONGHUANG TANG,JIANCHEN FENG,JIANQIN GUO,WEI SHI,KAI ZHONG,YUEN H.TSANG,JIANQUAN YAO. Photonics Research. 2017(02)
[6]用于人体安检的非成像便携式被动毫米波探测技术介绍[J]. 姜玲玲. 中国安防. 2015(05)
[7]太赫兹科学技术研究的新进展[J]. 赵国忠. 国外电子测量技术. 2014(02)
[8]Generation of broadband and multiple-peak THz radiation in aperiodically poled lithium niobate[J]. 陈福成,陈险峰,陈玉萍,夏宇兴. Chinese Optics Letters. 2005(08)
[9]中红外光参量振荡器发展状况分析[J]. 姚宝权,王月珠,王骐. 激光技术. 2002(03)
博士论文
[1]中红外及太赫兹波段的光学频率变换技术及应用[D]. 黄楠.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2017
[2]基于差频技术及光学参量方法产生可调谐THz波的研究[D]. 孙博.天津大学 2007
硕士论文
[1]级联差频产生太赫兹波的研究[D]. 王思磊.华北水利水电大学 2019
本文编号：2922160
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
THz波在电磁频谱中的位置
首先，THz辐射具有高穿透性和全覆盖性，使得它可以穿透许多日常物理障碍而且只有很小的衰减，如普通人的服装和包装材料[8]。其次，许多化学物质和爆炸材料在THz频率上表现出特征光谱响应，可用于危险物品识别[9]。此外，由于波长较短，THz辐射是非电离的，对人类人体不造成损伤[10]。因此，THz安检系统结合了安全使用的高分辨率成像系统和隐藏危险物品的光谱识别系统，可以广泛应用于人流量较大、安保难度大的机尝地铁站、大型会议活动等场合用于安全检查[11,12]。首届和第二届中国国际进口博览会也采用了THz成像安检仪，如图1-2所示，大大提高了安检效率与安全性，保护了被安检人员隐私。图1-2中国国际进口博览会入口的THz安检系统Fig.1-2THzsecuritysystemattheentranceofChinaInternationalImportExpo（2）在生物医学方面的应用由于THz波的非电离性质及其对软组织的高灵敏度，THz在生物医学方面的应用引起了人们的兴趣。THz波可以被分子键强烈吸收，例如存在于水中的氢键和存在于蛋白质中的N-H键，这意味着THz波对于由疾病引起的水分增加和血流等微弱变化非常敏感。THz波还能够探测化学物质的分子结构，并检测薄的材料层，例如药物片剂涂层和皮肤角质层（在特定位置）[13]。目前，THz组织检测模型已在糖尿病足综合征的筛查中得到应用[14]。如图1-3所示，给出THz组织检测模型以及由此产生的THz图像和通过含水量对糖尿病足综合征进行
1绪论3分类。图1-3（a）是THz波测量装置，图1-3（b-c）是THz检测成像。THz组织检测皮肤模型估计足部皮肤的水分含量，并且糖尿病组和对照组之间特别是在脚趾部位存在显著差异，如图1-3（d）所示。在外科医生和组织病理学家的合作下，Fitzgerald等人[15]研究了THz脉冲成像在新切除的人体组织中描绘肿瘤边缘的可行性。图1-4比较了切除的人体组织的THz图像和可视图像。将THz图像中肿瘤区域的大小和形状与相应的人体组织部分进行了比较，并且肿瘤面积和形状有良好的相关性[16]。图1-3（a）THz波测量装置的照片（b）对照组含水量的THz图像（c）糖尿病患者含水量的THz图像（d）使用大脚趾中心的数据计算对照组和糖尿病患者的水量[14]Fig.1-3(a)PhotographoftheTHzmeasurementset-up(b)THzimagesplottingthecalculatedwatervolumeforacontrol(b)THzimagesplottingthecalculatedwatervolumeforadiabeticpatient(d)Calculatedwatervolumeforcontrolanddiabeticpatientsusingdatafromthecentreofthebigtoe图1-4切除的肿瘤薄组织图像与THz图像[16]Fig.1-4VisibleimageofexcisedtissueandTHzimages（3）在通信方面的应用近年来，THz频率范围因其广泛的适用性而受到瞩目，THz技术正在扩展到更广泛的应用领域。在空间通信方面，与地面的THz波穿透大气的能力有限相反，在无大气环
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹探测技术应用及发展研究[J]. 刘瑞婷. 中国无线电. 2019(12)
[2]基于遥感信息的土壤含水量监测站点规划[J]. 王进,李春红,于承跃,张孝斌,王永峰,李文龙. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2019(06)
[3]太赫兹通信技术的研究与展望[J]. 杨静娜. 数字通信世界. 2019(03)
[4]基于图像相关分析的锁固型滑坡模型试验方法[J]. 姜彤,雷家华. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2018(06)
[5]High-average-power, high-repetition-rate tunable terahertz difference frequency generation with GaSe crystal pumped by 2 μm dual-wavelength intracavity KTP optical parametric oscillator[J]. DEXIAN YAN,YUYE WANG,DEGANG XU,PENGXIANG LIU,CHAO YAN,JIA SHI,HONGXIANG LIU,YIXIN HE,LONGHUANG TANG,JIANCHEN FENG,JIANQIN GUO,WEI SHI,KAI ZHONG,YUEN H.TSANG,JIANQUAN YAO. Photonics Research. 2017(02)
[6]用于人体安检的非成像便携式被动毫米波探测技术介绍[J]. 姜玲玲. 中国安防. 2015(05)
[7]太赫兹科学技术研究的新进展[J]. 赵国忠. 国外电子测量技术. 2014(02)
[8]Generation of broadband and multiple-peak THz radiation in aperiodically poled lithium niobate[J]. 陈福成,陈险峰,陈玉萍,夏宇兴. Chinese Optics Letters. 2005(08)
[9]中红外光参量振荡器发展状况分析[J]. 姚宝权,王月珠,王骐. 激光技术. 2002(03)
博士论文
[1]中红外及太赫兹波段的光学频率变换技术及应用[D]. 黄楠.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2017
[2]基于差频技术及光学参量方法产生可调谐THz波的研究[D]. 孙博.天津大学 2007
硕士论文
[1]级联差频产生太赫兹波的研究[D]. 王思磊.华北水利水电大学 2019
本文编号：2922160
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