太赫兹参量源研究进展

太赫兹参量源是一种激光驱动的太赫兹辐射源,它具有高相干性、可调谐、室温运转等优点。在简要介绍太赫兹参量源的基本原理后,重点总结了近年来国内外对太赫兹参量源的代表性研究成果,主要包括:1)太赫兹参量源中常用的几种非线性晶体,包括铌酸锂、磷酸钛氧钾、砷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷; 2)大单脉冲能量太赫兹参量源,主要产生方法包括使用垂直表面出射结构、使用环形腔、增加非线性晶体损伤阈值等,目前报道的最大单脉冲能量达到17μJ; 3)高平均功率太赫兹参量源,主要产生方法包括使用半导体激光器侧面泵浦激光器、兼顾提高泵浦光脉冲能量和脉冲重复频率等,目前报道的最大平均功率为367μW; 4)太赫兹参量源的理论模拟,主要包括以耦合波方程为基础的,分别针对太赫兹参量产生器、种子注入式太赫兹参量产生器、内腔泵浦与外腔泵浦太赫兹参量振荡器建立的理论模型。     

双波长钛氧磷酸钾内腔光学参量振荡激光器

为实现1.06 μm波长激光向人眼安全1.57 μm激光的能量转移,同时在输出光束中保留原1.06 μm波长的泵浦光,以得到双波长激光的混合输出。本文从光参量振荡器(OPO)的基本原理出发,对磷酸氧钛钾(KTP)晶体的光学参量振荡(OPO)获得重频双波长激光输出的过程进行了理论分析和实验研究。采用内腔OPO(IOPO),工作在重频20 Hz下,获得了1.57 μm和1.06 μm双波长激光混合输出能量大于38 mJ,其中1.57 μm波长信号光20 mJ,脉宽5 ns;1.06 μm泵浦光18 mJ,脉宽6 ns,并且波形未出现外腔OPO所观察到的中央凹陷,实验结果与理论分析相吻合。     

种子注入式太赫兹波参量产生源研究

种子注入式太赫兹波参量产生源(is TPG)基于非线性晶体中的受激电磁偶子散射,具有线宽窄、相干性好、室温运转、可调谐等优点。本文基于5摩尔百分比氧化镁掺杂的同成分铌酸锂晶体(MgO∶CLN),对连续/脉冲种子注入式太赫兹波参量产生源(is/ips TPG)调谐范围、输出能量、阈值等方面进行了研究。相比于is TPG系统,ips TPG系统调谐范围范围扩大约80。is TPG系统与ips TPG系统3dB带宽分别为1 THz与141 THz,占各自调谐范围的51和39。ips TPG系统相比is TPG系统3dB带宽范围扩大了41。在相近的平均功率密度下,由于ips TPG具有更高的峰值功率密度降低了阈值,产生了更强的THz波输出,最大转换效率为101×10-5。不同形式种子光的注入对太赫兹波参量辐射源有着显著的影响,实验结果表明ips TPG系统的输出特性更为突出在实际应用中具有更高的价值。本文最后对其未来发展进行了分析和展望。     

太赫兹参量振荡器研究进展

太赫兹(THz)波以其光谱和传输性能等方面的独特特性在基础学科研究、医学成像和无损检测等多领域具有重要的应用前景,其科学研究战略意义重大。根据THz波参量振荡器(TPO)的结构,主要从产生THz波常用的非线性晶体,内腔、外腔及腔增强结构,THz波输出耦合方式,浅表面输出结构,抽运光参数对TPO的影响和种子注入技术几个方面对国内外THz参量振荡器的研究进展进行回顾。随着新材料和新结构的研究,TPO将会在越来越多的领域中发挥作用。     

太赫兹波参量振荡器研究进展

基于参量振荡技术的太赫兹波源是得到可调谐太赫兹波的重要器件,它在安全检查、生物传感、医学诊断、半导体器件检测和质量控制等领域具有重要的应用。从非线性晶体材料特性、谐振腔结构、太赫兹波耦合输出方式、频率调谐方式和线宽控制方法等方面总结了国内外太赫兹参量振荡技术的实验与理论研究情况。对级联太赫兹波参量振荡过程在连续、脉冲和超短脉冲运转方式的研究现状进行了回顾。基于太赫兹参量振荡技术研究现状提出其未来的一些研究方向。随着光纤激光器等技术的发展和周期性极化晶体等材料性能的进一步提高,太赫兹参量振荡器将朝着更加高效化、小型化、实用化、易于操作携带的方向发展,并在其应用领域发挥越来越重要的作用。     

从钨酸盐熔体中生长磷酸氧钛钾

利用助熔生长方法,用钨酸酐来生长非线性光学材料磷酸氧钛钾(KTP)单晶。当熔体在1000℃～700℃范围内慢慢冷却时发现“KTP”是单稳态。已生产出尺寸达1cm~3单晶。介绍了晶格常数、晶体形貌和光学吸收数据以及有关利用1.06μm和1.325μm激光辐射产生光学二次谐波振荡的初步实验结果。     

太赫兹脉冲能量测量

利用太赫兹波的单啁啾脉冲电光探测技术,通过调节实验装置中λ/4波片晶轴与探测激光线偏振方向成45°,可以巧妙地得到太赫兹波的绝对电场强度.利用CCD阵列,通过抽运探测的方法可以得到太赫兹脉冲的光斑尺寸,进而在两步实验的基础上计算得到太赫兹脉冲的能量.提供了一种行之有效的测量太赫兹脉冲能量的实验方案.     

基于非线性光学差频及参量效应的太赫兹源

基于非线性光学技术的THz源具有其独特的性能和优点,将基于非线性光学差频原理和光学参量效应,从理论上研究并分析THz波与抽运光、闲频光及相位匹配角之间的关系,得到THz波输出的条件和范围,并设计出宽波段连续可调的THz源。以调QNd∶YAG激光器和光学参量振荡器(OPO)作为抽运源,以GaSe和MgO∶LiNbO3晶体作为差频非线性晶体,根据相位匹配理论及光学参量效应,搭建两套THz波产生系统。其中,基于光学参量效应的THz辐射源有效地产生出THz信号。     

半导体太赫兹源综述

太赫兹技术可以应用于信息科学,生物,医学,天文和环境科学等方面,而太赫兹源是太赫兹应用的关键器件。作者针对半导体太赫兹源如GaAs1-xNx二极管、量子阱负有效质量太赫兹振荡器和太赫兹量子级联激光器做了一个简要的回顾。掺杂的GaAs1-xNx二极管在直流偏压下的电流自振荡行为得到了研究,发现电流自振荡与这种独特材料体系非抛物线型导带的负微分速率效应相关。量子阱负有效质量p pp 二极管通过考虑杂质散射、光学声子和声学声子散射研究了其电流自振荡和瞬时电流形态,研究发现偏压和掺杂浓度会对电流自振荡频率产生很大影响,负有效质量p pp 二极管可以用作可电学调制的太赫兹源。此外,我们通过蒙特卡洛模拟对共振声子结构的太赫兹量子级联激光器进行了器件参数的优化,结果表明注入势垒宽度、掺杂浓度和声子抽取能级差设计对计算增益有很大的影响,我们的计算结果与实验结果一致。     

临界相位匹配砷酸钛氧钾光参量振荡器研究

为得到3~5 μm的中红外输出,对非共线泵浦砷酸钛氧钾（KTA）的临界相位匹配（θ=41.4°,φ=0°）光参量振荡器（OPO）进行了理论分析及实验研究。当以电光调Q的Nd∶YAG激光器泵浦KTA-OPO时,对应输出为3.75 μm的中红外激光,重复频率为1~25 Hz,最高输出单脉冲闲频光能量≥4.5 mJ。     

双磷酸氧钛钾晶体倍频特性的实验研究

为了研究双块磷酸氧钛钾(KTiOPO4,KTP)晶体串接倍频对于提高绿光倍频激光器的转换效率的作用,采用长度分别为6mm,8mm和15mm的3块KTP晶体两两串接组合进行了实验验证,绘制了单块晶体倍频和双块晶体串接倍频时的转换效率曲线,并对其进行了比较分析。结果表明,基频光功率密度从520MW/cm2到750MW/cm2时,双块KTP晶体正交串接倍频不仅比双块KTP晶体平行串接倍频的转换效率高近10%,而且比长度是两块晶体之和的单块长KTP晶体的倍频转换效率高近30%。这一实验结果对于提高绿光倍频激光器的转换效率有一定的意义。     

光电导太赫兹源新进展

太赫兹技术在基础研究、工业以及军事领域有着良好的应用前景和研究价值,而太赫兹源在很大程度上决定了太赫兹技术的应用前景和发展潜力。由于光电导材料的研究发展,光电导太赫兹源目前已成为产生宽频带太赫兹辐射的一种重要方法,也是所有太赫兹相关技术中研究非常活跃的一个领域。本文就光电导太赫兹源的原理、性能影响因素、国内外研究情况作了较为全面的评述,着重阐述了基底材料、电极几何结构和激发光源对于其性能的影响以及国内外研究现状,并对其中存在的问题和解决思路等进行分析,展望了未来研究发展方向。     

太赫兹波及其常用源

介绍了太赫兹波的特性及其应用,从宽带、窄带两个方面归类,详细介绍了现阶段常用的几种太赫兹源,并列出了相关重要参数的计算.随着源技术的不断进步,太赫兹电磁波也将象光学和微波波段的电磁波一样,给人类社会的许多方面带来深远的影响.     

LiNbO3晶体的太赫兹参量振荡器设计

采用参量振荡方法实现太赫兹辐射(THz-wave Parametric Oscillator,TPO),因只需一个固定波长的泵浦源和一块非线性晶体,且具有非线性转换效率高、调谐简单而倍受瞩目.以LiNbO3晶体为例,采用Q调制的Nd:YAG激光器(1.064μm)为泵浦源,角度匹配的非共线相位匹配方式,设计了太赫兹参量振荡器,实现了当入射角α从8.2°变化到14°,相位匹配角θ相应地从16.2°变化到54.75°,太赫兹波与泵浦光之间的夹角β从8.84°～67.88°,闲频光从1.068μm变化到1.079 6μm,太赫兹波从284～74μm(1～4 THz)的连续太赫兹波振荡.     

高能量、快速可调谐太赫兹参量振荡器

基于受激电磁耦子散射的太赫兹(THz)波参量振荡器是产生高能量、相干THz波的有效手段之一,实验中采用垂直晶体表面出射结构,在1.63 THz处实现了最高单脉冲能量为634 nJ的THz波输出。利用电控振镜快速改变泵浦光入射到MgO:LN晶体中的角度,实现了0.75 THz~2.81 THz范围内的快速调谐,该辐射源可以满足THz波在生物医学、太赫兹通信、环境监测等应用领域的需求。     

便携式太赫兹辐射器光泵浦源

为在太赫兹波段的遥感生物探测预警雷达系统、光电对抗、成像探测以及高速通信提供小型野外使用的军用全固态紧凑太赫兹辐射器,研制了一种小型便携式太赫兹辐射器的光泵浦源,采用了无热电制冷器(TEC)温度控制的二极管泵浦Nd:YAG固体激光,激光输出能量150 mJ,脉冲宽度最小6 ns,激光重频最大30 Hz,激光束散角最小约1 mrad。用这样的泵浦源进行光泵浦TPO-THz,产生的1.63 THz波的单脉冲能量为2.98 μJ,对应的THz波能量转换效率为1.92×10-5。     

光整流太赫兹源及其研究进展

太赫兹科学技术是近20年来发展起来的一门新学科,其关键技术是太赫兹波的产生和探测.本文介绍了光整流太赫兹源的辐射原理、国内外研究情况、存在的问题等.今后其发展方向主要应为通过掺杂等手段改进光电导材料的光电特性,提高材料的相位匹配能力和减小饱和现象来提高辐射的功率和效率.     

太赫兹宽谱源的研究进展

太赫兹宽谱源是指能够产生较宽频谱覆盖范围的太赫兹辐射源,近年来其相关研究受到越来越多的关注。太赫兹宽谱具有能量低,穿透性强和频谱覆盖范围宽等优点,在生物和医学成像、安全检查、化学成分分析等领域具有很大的潜在应用价值,因此研究太赫兹宽谱源对于推动上述领域的进步具有重要的科学意义。本文基于光学辐射源、电子学辐射源、热辐射源这3种太赫兹宽谱源,从产生机理、研究进展以及未来发展趋势对这3种方法进行分析和总结,对比了各自的优、缺点和应用范围。     

紧凑型自由电子激光太赫兹源研究进展

研制了一种具有两路微波馈入的新型热阴极微波电子枪和满足实验要求的主加速器增能段,介绍了该项目中的热阴极微波电子枪和主加速器的物理设计、数值模拟以及摇摆器测试结果等,并进行了初步热测实验。测得电子束能量约6.7 MeV,能散0.95%,归一化发射度13.5πmm.mrad。     

基于光学参量效应的太赫兹辐射源及其研究进展

太赫兹频段是电磁波谱中极具科学价值但尚待完全开发的电磁辐射区域,其中,太赫兹辐射源是影响太赫兹频段能否被广泛应用的关键器件,也是太赫兹技术研究领域的前沿问题.基于光参量效应产生太赫兹波的方法具有非线性转换效率高、波长在一定范围内连续可调、易小型化、能够在室温下稳定运转等优点,近年来得到了广泛的关注.文章介绍了光参量效应...