周期极化KTP晶体光参量振荡特性研究

基于较新的Sellmeier方程,研究了周期极化钛氧磷酸钾(KTiOPO₄简称KTP)晶体光参量振荡的容差特性,给出了极化反转光栅周期、晶体温度及泵浦光波长的调谐曲线和带宽的容差特性曲线,并与PPLN晶体作了比较数值计算结果与已有实验数据吻合较好.     

周期结构GaAs晶体ps脉冲差频产生窄带THz辐射的研究

计算模拟了在ps脉冲抽运周期结构GaAs晶体差频产生窄带THz波过程中,对于不同波长、不同脉宽的抽运光,周期结构GaAs晶体的走离长度和最佳周期长度的变化,并对计算结果进行了理论分析.研究了周期结构GaAs晶体的畴数对THz波光谱的影响.根据GaAs晶体温度色散公式,计算并分析了晶体最佳周期长度的温度调谐特性,研究了温度变化对THz波光谱的影响,提出了通过温度调谐实现在周期结构GaAs晶体中产生宽调谐、窄带宽THz波的新方法,该计算结果为下一步的实验研究提供了理论基础. 关键词： ps脉冲 差频产生窄带THz波 周期结构GaAs晶体 温度调谐     

周期极化非线性晶体中太赫兹波辐射研究

 从理论上详细研究了飞秒激光在周期极化非线性晶体中由光整流效应产生的太赫兹（THz）波辐射。利用天线辐射原理和光栅衍射理论，着重研究THz波辐射的频域场和时域场的分布。讨论和分析了THz波辐射的中心频率、频谱宽度和电场随辐射角的变化。研究表明，THz波的带宽反比于晶体的长度或光栅数，电场随辐射角呈准谐波变化。     

周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡调谐与容差特性分析

研究了周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡的工作机理,并讨论了其波长调谐特性与极化反转光栅周期、抽运光波长与晶体温度的关系.在此基础上,通过对相位失配因子求微分的方案,分析了光参量振荡的增益与光栅周期、抽运光波长与晶体温度的关系,以及光栅周期、抽运光波长与晶体温度容差的关系 关键词： 准相位匹配 周期性极化铌酸锂 光参量振荡     

基于准相位匹配产生近中红外波段的特性分析

基于周期极化晶体的Sellmeier方程和准相位匹配理论,对准相位匹配光参变振荡器的调谐特性进行了理论分析.通过数值模拟计算,得到了PPRTA晶体光参变振荡的调谐特性与极化反转光栅周期、晶体温度和抽运光波长等参量的关系曲线.并且与PPKTP晶体和PPLN晶体光参变振荡器的调谐特性进行了比较,研究了三者的不同之处,得出了PPRTA晶体的参量调谐特性优于PPKTP晶体和PPLN晶体的结论,与国外已报道的实验数据相吻合.证实了PPRTA晶体是一种可以产生可调谐近中红外光的理想准相位匹配非线性光学晶体.     

宽波段连续调谐全固态CW PPMgLN光学参量振荡器

利用半导体激光泵浦输出1064 nm波长的全固态连续Nd:YVO4激光器作为泵浦源,采用周期调谐和温度调谐组合调谐技术,对基于掺氧化镁周期性极化铌酸锂晶体（MgO:LiNbO3, PPMgLN）准相位匹配（QPM）的全固态连续波（CW）光学参量振荡器（OPO）宽波段无分立连续调谐输出特性进行研究。实验采用连续工作模式和外腔结构,基于多周期PPMgLN晶体的30.2,30.4和30.6 m周期,在改变晶体的极化周期的基础上,同时在30～100 ℃范围内调节晶体工作温度。实验结果表明:CW PPMgLN OPO的泵浦阈值仅为0.22 W;不同极化周期需要的温度调谐范围不同;信号光在1 559.8～1 597.2 nm近红外波段和闲频光在3 187.3~3 347.3 nm中红外波段连续调谐输出。实现了外腔式全固态CW OPO在信号光和闲频光波段的无分立连续调谐输出。     

周期极化铌酸锂中光整流THz波辐射

从理论上详细研究飞秒激光在周期极化铌酸锂(PPLN)晶体中由光整流效应产生的THz波辐射.着重研究THz波辐射场的频域场、时域场和频谱宽度的分布.并详细讨论辐射场脉冲持续时间、幅度、频谱宽度随晶体长度和辐射角的变化. 关键词： PPLN 光整流 THz波     

低阈值温度调谐PPMgLN红外光参量振荡

研究了温度调谐下周期极化镁掺杂铌酸锂晶体的红外光参量振荡特性。采用外电场短脉冲极化技术,在大小为7.0mm×50.0mm×1.0mm的Z切高镁掺杂(摩尔分数0.05)铌酸锂上制备出了准相位匹配光学微结构器件,极化周期为30.0μm。以输出波长为1064nm的声光调QNd:YAG固体激光器作为基频泵浦光开展了光参量振荡研究。实验表明:泵浦该PPMgLN晶体,实现了室温下低阈值红外光参量振荡产生,阈值功率仅为45mW(重复频率1kHz)。在泵浦输入功率为225mW时,有36mW信号光输出,转换效率达到16.0%,通过调谐晶体温度(20~180℃),获得了调谐范围为1503~1550nm波段的OPO信号光,实现了低阈值可调谐红外光的稳定输出。     

基于准相位匹配晶体的宽带可调谐光参量放大过程研究

系统分析了基于准相位匹配晶体的光参量放大过程中极化周期和非共线结构对信号光调谐带宽的影响.提出了最大极化周期的概念,用于描述非共线相位匹配和群速度匹配同时满足时晶体的极化周期所能达到的最大值,给出了用于计算不同温度下周期极化铌酸锂晶体的最大极化周期的数学公式,并确定了宽带可调谐光参量放大过程应使用的最佳非共线结构.当采用此非共线结构时,通过将晶体的极化周期设定为最大极化周期可以在相对最大的波长范围内实现信号光的调谐放大输出.在此基础上提出了一个用于最大化光参量放大过程的信号光调谐带宽、确定工作温度等最佳工作参数以及简化实验操作方法的可行性方案.最后对最大极化周期和非共线结构对光参量放大的参量带宽的影响进行了研究. 关键词： 光参量放大 极化周期 非共线结构 带宽     

级联参量振荡产生太赫兹辐射的理论研究

针对光学参量振荡产生太赫兹波转换效率低的缺点, 提出了级联参量振荡产生太赫兹波的新机理以提高转换效率. 以周期极化铌酸锂晶体为例, 对级联参量振荡产生太赫兹波的原理和过程进行了理论研究. 分析了抽运光波长、周期极化铌酸锂晶体极化周期和工作温度对产生一阶、二阶闲频光频率的影响. 推导了三波共线相互作用条件下太赫兹波的增益特性和吸收特性. 计算结果表明, 通过级联参量振荡可以有效提高太赫兹波的转换效率, 并可以得到宽调谐的太赫兹波输出. 基于分析结果, 设计了周期极化铌酸锂晶体级联参量振荡产生高效率、宽调谐、窄线宽、连续太赫兹波的实验. 关键词： 太赫兹波 太赫兹波参量振荡 级联参量振荡     

太赫兹波探测光子晶体涂层覆盖目标的可行性

覆盖于高温目标表面的光子晶体红外涂层可实现对目标红外辐射的抑制,而太赫兹波所具有的强穿透特性使其对该类目标的探测成为可能。以相关文献中设计的光子晶体涂层为例,采用特征矩阵理论对0.3~3 THz频率范围内的太赫兹波在该类涂层中的传输特性进行理论计算和分析,重点研究了不同入射角度的太赫兹波在该类涂层中的传输特性。研究发现,上述太赫兹波段处于光子晶体的带隙之外,0.3~0.5 THz频率范围内的太赫兹波对该类红外涂层具有较强的穿透特性,其光谱透过率大于90%;而在2.4~3 THz范围内,其在涂层上具有较强的反射,且整个波段内的吸收率小于0.2%。当入射角小于60°时,其对太赫兹波的传输特性影响较小;进一步增大入射角,其透过率逐渐降低,而反射率逐渐增大。研究结果证明了利用太赫兹波进行涂层覆盖目标探测的可行性,有望利用太赫兹雷达探测弥补红外探测系统的不足。     

基于超材料的偏振不敏感太赫兹宽带吸波体设计

本文设计了一种基于超材料的偏振不敏感太赫兹宽带吸波体.吸波体包含两层金属和一层中间介质,表面金属层每一个周期单元由五种尺寸接近的金属块按照相邻不同的规律排列成5×5的方形阵列.各种尺寸金属块分别产生单峰谐振吸收,五个谐振吸收峰相互靠近从而产生宽带吸收.通过研究吸波体表面电流和电场z分量分布情况可知,入射太赫兹能量的吸收主要是由y方向上电场引起的电偶极子振荡和z方向上磁场引起的磁极化产生,而且金属层的欧姆损耗起主要作用.仿真结果表明,吸波体吸收率在80%以上的带宽约为1.2 THz,最高吸收率可达98.7%,半峰全宽(FWHM)为1.6 THz,该宽带吸波体的厚度约为中心波长的二十分之一,对偏振方向不敏感,且能实现大角度吸收,在太赫兹频段的电磁隐身、测辐射热探测器以及宽带通信等领域有潜在的应用价值.     

Arbitrary linear THz wave polarization converter with cracked cross meta-surface

This Letter presents a double-layer structure combining a cracked cross meta-surface and grating surface to realize arbitrary incident linear terahertz(THz) wave polarization conversion. The arbitrary incident linear polarization THz wave will be induced with the same resonant modes in the unit cell, which results in polarization conversion insensitive to the linear polarization angle. Moreover, the zigzag-shaped resonant surface current leads to a strong magnetic resonance between the meta-surface and gratings, which enhances the conversion efficiency. The experimental results show that a more than 70% conversion rate can be achieved under arbitrary linear polarization within a wide frequency band. Moreover, around 0.89 THz nearly perfect polarization conversion is realized.     

基于耦合场量子受激拉曼散射的太赫兹波辐射

使用两块长度各为65 mm的MgO:LiNbO3和无掺杂LiNbO3晶体,以1064nm的Q开关Nd:YAG激光器作为抽运光源,在12 mJ/pulse的抽运光能量下得到频率范围为0.34～2.90 THz的电磁辐射.分析表明,激光入射使LiNbO3晶体中具有电磁特性的横光学声子可以和入射光子形成耦合场量子.作为一种电磁特性的元激发,LINbO3晶体的耦合场量子的辐射场频率覆盖部分太赫兹频段范围,并可通过耦合场量子受激拉曼散射过程辐射THz波.根据耦合场量子辐射理论,通过分析晶体的耦合场量子色散特性曲线,可以确定该晶体能否辐射THz波及其带宽范围.     

基于光纤激光器的中红外差频多波长激光产生

针对由YDFL和EDFL作为基频光源的QPM-DFG激光系统,利用PPMgLN晶体的色散关系及其温度特性,有效拓宽了QPM波长接受带宽.模拟结果表明,当采用1550和1060 nm波段的EDFL和YDFL分别作为DFG的信号和抽运光源时,对于相同的中红外波段,满足QPM条件所允许的抽运光波长变化范围远大于信号光波长变化范围.当固定信号光波长为1560 nm时,对于给定的晶体温度,1060 nm波段抽运光的QPM接受带宽超过17 nm,对应于中红外差频光带宽可约180 nm.采用多波长YDFL作为抽运源,单 关键词： 差频产生 准相位匹配 多波长中红外 光纤激光器     

Propagation characteristics of oblique incidence terahertz wave through non-uniform plasma

The propagation characteristics of oblique incidence terahertz(THz) waves through non-uniform plasma are investigated by the shift-operator finite-difference time-domain(SO-FDTD) method combined with the phase matching condition.The electron density distribution of the non-uniform plasma is assumed to be in a Gaussian profile. Validation of the present method is performed by comparing the results with those obtained by an analytical method for a homogeneous plasma slab.Then the effects of parameters of THz wave and plasma layer on the propagation properties are analyzed. It is found that the transmission coefficients greatly depend on the incident angle as well as on the thickness of the plasma, while the polarization of the incident wave has little influence on the propagation process in the range of frequency considered in this paper. The results confirm that the THz wave can pass through the plasma sheath effectively under certain conditions,which makes it a potential candidate to overcome the ionization blackout problem.     

Three-dimensional inverted photonic grating with engineerable refractive indices for broadband antireflection of terahertz waves

Reduction of reflection is of great importance in optical spectroscopy to reduce interference and increase throughput. Here we demonstrate a three-dimensional inverted photonic grating device design using only one material-silicon. Enhanced transmission compared to planar silicon wafers is observed from 0.2 THz to over 7.3 THz for a device with a 15 μm period, which covers most of the terahertz band, and its relative 3 dB bandwidth (δf/f(c)) is a noteworthy 116.3%. Moreover, the device is polarization independent and can perform up to a large incident angle.     

相位光栅分离双波长宽角度光线的理论分析

使用衍射光栅的分色分光方式一般以平行光入射情况为讨论基础,对于非平行光入射的情况讨论较少.本文基于菲涅尔衍射理论和角谱理论,将球面波与平面波的衍射波场联系起来,从而在传播函数中引入角度参量,结合分数泰伯效应的理论基础,推导出双波长宽角度入射光线经相位光栅衍射后的波场分布函数,并对推导出的函数进行数值模拟,得到像面不同位置衍射波场分布.与平行光入射时的标准波场分布相比较,得到宽角度入射时的衍射波场的横向展宽量和偏移量.通过调节光栅台阶的宽度,改变衍射场的展宽和偏移,使各个单一波长的衍射波场宽度小于光栅周期的一半,从而减少双波长光衍射波场的混叠.同时本文给出波场宽度与光栅台阶宽度的变化关系,选取光栅面上多个位置作为台阶宽度的计算点,并对整个光栅的台阶宽度进行曲线拟合,得到可以使双波长宽角度入射光实现良好空间分离的光栅参量.该结果可用于各类宽角度入射光线的光谱分离场合,如双波长成像、液晶显示和液晶投影等.     

基于三层光栅结构的超宽带太赫兹吸收体

基于等效介质膜理论及多层减反膜原理设计了用于超宽带太赫兹吸收体的三层微结构光栅,光栅基质采用重掺硼硅材料.用有限时域差分法分析了光栅周期、光栅宽度和深度对太赫兹吸收体反射系数的影响.数值分析结果表明,在低于3THz波段,吸收率高于98%的带宽为1.3THz,吸收率高于95%的带宽达2.1THz.用严格耦合波理论对该三层光栅的高吸收现象进行理论分析,分析结果表明,光栅多级衍射的相互作用减少了入射面的反射率,增大了该吸收体的吸收率.进一步优化三层光栅微结构的参量,在0.6~6THz范围内实现了大于95%的太赫兹吸收.基于光栅结构的吸收体结构简单,易于设计与分析,可以应用于太赫兹成像与探测应用领域.