ZnTe晶体中光学整流产生的THz辐射及其电光探测研究

借助抽运-探测技术研究了ZnTe晶体中光学整流产生的太赫兹(THz)辐射，利用ZnTe晶体的线性电光效应探测THz辐射场分布，观察到了较窄(约为0.2 ps)的THz场分布及相应较宽(响应超过4 THz，半峰宽约为2.4 THz)的THz频谱，并运用琼斯矩阵对实验结果进行了理论拟合. 研究了飞秒激光脉冲波长(750—850 nm)、脉冲宽度(56—225 fs)和晶体旋转与THz辐射产生的关系. 同时改变探测光偏振方向进行偏振调制，并从理论上分析了偏振调制对THz辐射探测的影响. 关键词： THz辐射 光学整流 电光探测 ZnTe     

利用各向同性半导体晶体差频产生可调谐THz辐射的理论研究

理论研究了利用剩余射线带色散补偿相位匹配原理，在Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅳ族光学各向同性的半导体非线性晶体中差频产生可调谐THz波的可行性问题.根据这些半导体材料的色散特性，并以近简并点双共振KTP-OPO的可调谐相干双波长输出作为差频抽运源，对它们的相位匹配能力、差频增益特性、品质因数以及差频过程中的相干长度进行了理论分析和计算，确定了ZnTe晶体是在共线相位匹配情况下较为理想的THz波差频晶体，而InP晶体则更适合用于非共线相位匹配情况. 关键词： 非线性光学 THz辐射 差频 各向同性半导体晶体     

用短谐振腔结构优化THz电磁波参量振荡器的输出特性

以MgO：LiNbO₃为非线性光学介质，通过采用一种高性能腔反射镜实现了一种85mm短腔长的法布里-珀罗式的光学参量振荡器，产生THz电磁波的实验结果.这种短腔长THz参量振荡器比传统的160mm腔长的振荡阈值降低了22.3％；峰值能量提高了170％；频率调谐范围从0.5—2.4THz提高到0.8—3.1THz.还报道了一种基于平面金属丝网的法布里-珀罗干涉仪测量THz波线宽的实验结果. 关键词： THz电磁波 OPO 非线性光学 3')" href="#">LiNbO₃     

高性能85mm短腔光学参变振荡器的THz电磁波输出特性分析

报道了以MgO∶LiNbO3为非线性光学介质,采用85 mm长的法布里珀罗单谐振腔结构形式的光学参变振荡器,产生THz电磁波的实验结果。使用波长为1064 nm的Nd∶YAGQ开关脉冲激光器作为抽运光源,通过改变入射角度使参变振荡器的相位匹配条件发生变化。采用Si真空量热器,并利用THz波干涉测量仪;或通过测量闲频光的频率对产生的THz波频率进行了测量。实验表明该参变振荡器输出频率调谐范围为0.9~3.0 THz。在抽运光能量为20 mJ/pulse,脉冲宽度16 ns,重复频率50 Hz条件下得到输出峰值位于1.2 THz,能量为102.5 PJ/pulse的THz波输出。通过引入Si棱镜阵列减小了THz波在晶体中的全反射,从而提高THz波的能量输出。使用金属缝隙探测器,对辐射的THz波的波束水平方向空间分布进行了测量,分析了Si棱镜阵列的衍射效应对THz波束空间分布的影响。     

太赫兹波发射晶体的亚波长微棱锥增透结构的设计与实验研究

光学整流方法产生太赫兹(THz)辐射常用的非线性发射晶体在THz波段都具有较高的折射率, 使得很大一部分THz波由于晶体表面的菲涅尔反射而无法有效耦合输出. 本文报道了GaP晶体THz波发射器输出表面上亚波长微棱锥增透结构的设计和实验研究. 利用有效介质模型在理论上验证了亚波长光栅结构的增透效果, 并进一步设计了适用于不同频段的增透结构的参数. 实验中, 通过微机械加工手段在GaP晶体输出端面刻划了多种亚波长微棱锥结构, 验证了其增透效果及参数对增透频带的关系. 理论与实验的符合证明该设计思想也可用于其他THz波发射晶体. 关键词： THz波 光学整流 亚波长微棱锥增透结构 微加工     

微纳光学结构与太赫兹辐射产生技术的研究进展

太赫兹(THz)技术在基础研究与产业应用中具有重要研究意义,但其广泛应用仍受限于高效、紧凑的THz源,特别是0.5～2.0 THz波段。目前,人们已经采用了多种技术产生THz辐射,基于光学的方法是其中最重要的手段。首先,针对THz脉冲波及连续波,基于光电导效应及非线性光学差频的THz辐射产生机理,总结了近年来微纳光学结构在提高泵浦光至THz转换效率上的应用。然后,分析了金属纳米光天线通过增强泵浦光局域电场提高THz辐射效率和将金属纳米光天线作为THz辐射源两种增强情况。最后,展望了其他类型的光学微纳结构,尤其是全介质光学天线支持的米氏谐振、无辐射模式以及连续域中束缚态等新颖物理现象在THz辐射产生中的增强作用。     

基于圆盘加载波导的THz分布作用振荡器的数值模拟

 提出了一种新的基于真空电子学的THz源——基于圆盘加载波导的THz分布作用振荡器（EIO）,它由圆盘加载波导输入谐振腔、漂移管和输出腔构成。利用2.5维电磁仿真软件UNIPIC对其进行了模拟研究,结果表明慢波结构的长度、漂移管的长度和输出腔的半径对输出功率和频率产生显著影响。经过最优化设计,在注电压为24.85 kV、电流为20 mA的条件下,仿真得出其中心频率为755.5 GHz、峰值功率为1.322 5 W的THz波。     

用于THz源的混合型波荡器数值模拟

波荡器是基于自由电子激光的小型THz源关键器件, 其可调节的周期性磁场结构与两端的光腔配合, 使得穿越的电子束产生带增益的相干辐射, 最终达到THz源所需要的功率. 同纯永磁结构相比, 混合型波荡器通过软铁材料调节由永磁块磁化方向性差异导致的磁场分布误差, 同时可提供更高的场强. 本文针对小型THz源需求, 对混合型波荡器进行了相关物理设计. 在解析方法分析的基础上, 采用OPERA3D/TOSCA有限元分析软件, 对波荡器进行了三维磁场数值模拟和积分场优化. 通过对波荡器端部结构的调整, 优化后模型的一次场积分(导向误差)小于0.01Gs﹒m, 电子轨迹偏移小于0.02mm.     

抽运光强度对光学抽运重水气体产生THz激光的影响分析

利用半经典理论，对脉冲光学抽运重水气体产生THz激光信号过程进行分析，对其中抽运光强度与输出THz信号光之间的关系进行了数值计算和求解，结果表明，THz信号出射光强度跟抽运源入射光强度之间不满足简单的线性关系，而是呈现高阶的非线性关系.在工作介质腔长、气压和工作温度一定的条件下，存在最佳抽运光强度，在一定的抽运光强范围内，THz信号出射光强度与抽运源入射光强度的关系呈现近似线性的增长关系，抽运光能量和信号光能量之间的转换效率相对较高，当抽运光强超过一定值时，由于瓶颈效应的发生会导致THz输出信号的逐步减弱，并产生一定的频率调谐范围.     

THz关键技术及其在生物医学中的应用

THz电磁辐射的关键技术就是THz的产生和检测.本文分别介绍了两种产生THz辐射的方法及其对应的检测方法,较为全面地论述了THz成像技术,详细分析了THz成像技术的成像装置、成像原理及成像过程,并对其在生物医学方面的应用前景进行了重点分析.     

Study on the characteristics of linac based THz light source

There are many methods based on linac for THz radiation production.As one of the options for the Beijing Advanced Light, an ERL test facility is proposed for THz radiation.In this test facility, there are 4 kinds of methods to produce THz radiation: coherent synchrotron radiation (CSR), synchrotron radiation (SR), low gain FEL oscillator, and high gain SASE FEL.In this paper, we study the characteristics of the 4 kinds of THz light sources.     

Terahertz (THz) Frequency Sources and Antennas - A Brief Review

In this paper we review THz radiation properties, generation methods, and antenna configurations. This paper suggests some new class of antennas that can be used at THz frequency, like optical antennas or Carbon nanotube antennas. THz technology has become attractive due to the low energy content and nonionizing nature of the signal. This property makes them suitable for imaging and sensing applications. But at the same time detection and generation of THz signals has been technologically challenging. This paper presents a comparative study of the generation techniques for THz frequency signals giving emphasis to the some new techniques like Quantum Cascade lasers which has created significant research interest. The main aim for this study is to find out the materials suitable for fabricating THz devices and antennas, a suitable method for generation of high power at THz frequency and an antenna that will make THz communication possible.     

用于真空电子太赫兹器件的微型热阴极电子束源研究

太赫兹波辐射源是太赫兹(THz)波技术的关键.真空电子太赫兹器件在高频、大功率太赫兹源发展中较其他技术有明显的优势,微米尺度高电流密度微型电子束源则是研制真空电子太赫兹器件的核心之一.本文在研制低温、大电流纳米粒子氧化钪掺杂含钪扩散阴极(nanosized-scandia doped dispenser cathode)的基础上,采用发射抑制膜沉积与聚焦离子束(FIB)刻蚀技术,研制无需压缩直接提供高电流密度的微型电子束的电子源.所研究的电子束源直径400μm,在工作温度950fiC,提供空间电荷限制电流密度50 A/cm2时,已稳定工作1000 h以上,并且层流性良好.本文阐述了阴极制备工艺、电子发射特性、微米尺度电子束源的获得和特性,介绍了发射抑制膜的结构和抑制特性的评估.并探讨了镀膜和刻蚀对发射的影响机理.这一电子束源在常规毫米尺度电子源的基础上产生微米尺度的微区高电流密度的电子束,为真空电子太赫兹辐射源的研制提供了新的途径.     

THz light pulse generated and storage by using a Gaussian pulse within a waveguide system

We propose the interesting results of high frequency generation method, which is required to use in the THz regime. A generated system consists of two micro and a nano rings that can be integrated into a signal system which can be employed to generate the large bandwidth by a Gaussian pulse propagating within the ring resonator system. The selected signals can be stored and filtered by using the optical storage unit and an add/drop filter, respectively. By controlling the ring parameters, the appropriate output power can be obtained, which can be modified to be suitable in either imaging or communication applications. Moreover, the very wide band of wavelength can be generated and controlled for various applications.     

Design and analysis of a metallic waveguide with a DAST cap for continuously phase-matched terahertz difference frequency generation

We present a novel source for continuous terahertz (THz) wave generation using an organic ionic salt, 4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium-tosylate (DAST). THz waves are generated based on difference frequency generation (DFG) in the device. Phase matching condition and THz generation between 1.3 THz and 2.7 THz, for optical pump around 1.6 μm, are investigated. Our calculations predict that the device produces a relatively high THz output power of 11.07 μW from a 4 cm long waveguide at 2 THz.     

Generation of electromagnetic waves in the terahertz frequency range by optical rectification of a Gaussian laser pulse in a plasma in presence of an externally applied static electric field

We propose a theoretical model for the generation of electromagnetic waves in the terahertz (THz) frequency range by the optical rectification of a Gaussian laser pulse in a plasma with an applied static electric field transverse to the direction of propagation. A Gaussian laser pulse can exert a transverse component of the quasi‐static ponderomotive force on the electrons at a frequency in the THz range by a suitable choice of the laser pulse width. This nonlinear force is responsible for the density oscillation. The coupling of this oscillation with the drift velocity acquired by electrons due to the applied static electric field leads to the generation of a nonlinear current density. A spatial Gaussian intensity profile of the laser beam enhances the generated THz yield by many folds as compared to a uniform spatial intensity profile.     

一种新型THz显微探测技术

由于太赫兹(THz)电磁辐射的波长较长，探测的空间分辨率受到衍射极限的限制.设计了一种 新型的THz显微探测技术，使探测晶体紧贴在薄产生晶体上，激发光采用紧聚焦的方式不但 把空间分辨率提高到光学量级，还克服了典型近场探测方法中存在的低通光量、高通滤波的 缺点.详细介绍了这一新型探测器件的基本结构和显著的探测特性. 关键词： THz 近场 聚焦