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     

周期极化铌酸锂THz波产生理论分析

首先采用光参量振荡的机理研究了THz波在准相位匹配媒质周期极化铌酸锂晶体中同向传播与反向传播情况下,以及THz波从晶体表面辐射产生的特性;其次研究了THz波的温度调谐特性、极化反转光栅周期调谐以及改变入射泵浦光与光栅波矢夹角的调谐特性;然后分析了THz波谱宽特性,给出解析表达式,并与实验结果进行了比较,证明理论分析结果与Y.S.Lee等人所给出的实验结果符合很好;最后分析了THz波的稳定性与温度、光栅周期、泵浦入射角以及辐射角的关系.     

偏振方向对THz电光探测影响的理论研究

采用线性电光效应耦合波理论，系统地研究了用无中心反演对称性的立方晶系晶体作为探测晶体时，terahertz(THz)辐射信号和探测光的偏振方向对电光探测的影响. 研究结果发现，THz辐射和探测光的偏振方向都对电光探测影响很大，沿(110)方向传播时可以获得最大的探测灵敏度，最适合THz的横场探测. 计算研究的部分结果与已有的实验结果相一致，可为电光探测器的设计提供有用的指导. 关键词： 电光探测 THz辐射 偏振 线性电光效应耦合波理论     

不同中心波长飞秒脉冲激发InAs表面辐射太赫兹波的机理研究

研究了p型(100)InAs在不同中心波长飞秒激发光(750—850nm)作用下的太赫兹(THz)波辐射特性.这种太赫兹辐射的光谱性质与光学Dember效应密切相关，飞秒脉冲激发下产生的载流子在InAs表面的Dember场内做加速运动，从而辐射出THz电磁波.实验结果表明：不同中心波长的激发光作用下，InAs表面产生的Dember电场、光生载流子浓度、谷间散射效应以及处于不同状态的载流子数目都发生了变化，因而激发出太赫兹波的功率、振幅、频谱分布和有效谱宽是不同的.这项研究将有利于THz时域光谱技术以及实验     

强外加电场与大调制度下光折变动力学光栅形成研究

强外加电场与大调制度在光折变效应的研究中已经得到了广泛应用。采用PDECOL算法,严格求解光折变带输运方程,得到外加电场时不同调制度下光折变晶体中随时间变化的空间电荷场、载流子浓度,并讨论了外加电场对它们的影响。通过将物质方程与耦合波方程联立数值求解,可得到光折变光栅形成过程中两波耦合增益系数以及光束条纹相位的变化。模拟结果表明,在强外加电场作用下,两束记录光之间的光强与相位耦合都得到了增强,而原有的解析式忽视了强外加电场与大调制度对空间电荷场相位耦合的影响,此时不再适用。同时发现折射率光栅与记录光束条纹均发生弯曲,并不再保持平行。     

Fe：LiNbO3晶体光折变全息热固定动力学特性分析

以Fe:uNbO3晶体为例,考虑了电子载流子热激发(强烈地依靠于温度),通过对以扩散和光伏特效应为主导输运机制的带输运方程和耦合波方程进行数值求解,分析了热固定过程初始光强入射比和固定温度对光栅空间电荷场的影响,指出记录固定过程中内电场极值的出现来源于质子电场对施主光栅电场的部分补偿,质子光栅电荷场可以导致晶体中记录光束之间能量耦合方向的变化,得出了理论上的加热固定时间。     

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     

光电导开关产生太赫兹电磁波双极特性分析

利用光电导体产生太赫兹电磁波(THz波)，THz远场辐射波形与光电导体材料的载流子寿命、偏置电场以及触发光有直接关系.用不同方法对低温GaAs(LT-GaAs)和半绝缘GaAs(SI-GaAs)光电导开关辐射的THz电磁波所呈现的双极特性进行了模拟计算.结果表明，LT-GaAs光电导开关辐射THz波呈现双极性的主要原因是光生载流子寿命小于一个THz波产生时间；而光生载流子寿命大于100ps的SI-GaAs光电导开关，在不同的实验条件（不同偏置电场、不同光脉冲能量）下，产生的THz波呈现双极特性的主要原因分别是载流子发生了谷间散射和空间电荷电场屏蔽. 关键词： 光电导开关 THz电磁波 载流子寿命 空间电荷屏蔽     

反应离子刻蚀ZnTe的THz辐射和探测研究

运用电光采样技术揭示了反应离子刻蚀（RIE）ZnTe晶体表面THz辐射的光学整流产生机制， 观察到0.25 ps的THz场分布.通过比较刻蚀前后以及不同刻蚀条件下ZnTe样品在不同激发功 率下的THz辐射强度，发现由于反应离子刻蚀破坏了ZnTe样品表面的有序性，晶体的电光系 数随射频功率的增加而减小.借助于计算不同刻蚀条件下ZnTe晶体的频率响应函数，分析了 随射频功率增加ZnTe晶体响应频谱展宽的现象. 关键词： THz辐射 反应离子刻蚀 ZnTe     

Fe：LiNbO3晶体光折变全息热固定动务学特性分析

以Fe:LiNbO3晶体为例,考虑了电子载流子热激发（强烈地依靠于温度）,通过对以扩散和光伏特效应为主导输运机制的带输运议程和耦合波方程进行数值求解,分析了热固定过程初始光强入射比和固定温度对光栅空间电荷场的影响,指出记录固定过程中内电场极值的出现为源于质子电场对施主光栅电场的部分补偿,质子光栅电荷场可以导致晶体中记录光束之间能量耦合方向的变化,得出了理论上的加热固定时间。     

Narrow-band terahertz wave generation and detection in one periodically poled lithium niobate crystal

In this article, we present studies on therahertz (THz) wave generation and frequency up-conversion in a periodically poled lithium niobate (PPLN) crystal. A frequency at 1.37 THz was generated as femtosecond pump pulses passed through a PPLN crystal with grating periods of 30 μm. The pump-induced THz wave interacts with the probe wave in the crystal by frequency mixing. The frequency up-converted THz wave is easily detected by a normal photodiode. A new scheme for generation and detection of THz wave in one non-linear crystal was proposed.     

Enhancement of terahertz radiation in a Smith-Purcell backward-wave oscillator by an inverse wet-etched grating

A terahertz (THz) Smith-Purcell (SP) backward-wave oscillator with an inverse wet-etched grating based on silicon has been proposed to enhance radiation intensity. This grating strengthens the interactions between an electron beam and the evanescent wave due to the adjacent surface structure between gratings that improves the magnitude of the electric field up to 1.7 times compared to the conventional rectangular gratings. A two-dimensional particle-in-cell (PIC) simulation shows that the radiated power is increased up to 2.3 times higher at the radiated frequency of 0.66 THz for an electron-beam energy of 30 keV.     

紧凑型THz源的史密斯-帕塞尔辐射模拟

 采用模拟和数值计算的方法,研究了THz波段的受激史密斯-帕塞尔辐射特性。实验装置以“上海电子束离子阱”为原型,采用紧凑型设计以便最终实现其可移动性。束流动力学模拟表明,此装置采用强磁场,可以得到平均流强为0.2 A、束流半径为75 μm的高品质电子束,为电子束工作在自由电子激光模式下创造了条件。基于Andrews和 Brau的理论,优化了光栅参数,保证了辐射角度在60°。其中消散场的计算频率为0.365 9 THz。采用particle-in-cell(PIC)程序模拟了光栅表面的辐射场以及电子的动力学特性。模拟结果表明电子有群聚效应,且二次谐波（0.723 THz,约为消散频率的2倍）得到增强。采用后处理方法计算了史密斯-帕塞尔辐射的功率空间分布。计算显示辐射角度与理论角度相一致,表明了方法的有效性。输出的功率约为2 mW。     

金属导线偶合THz表面等离子体波

利用THz时域光谱技术,研究了具有不同排列参数的金属导线阵列的透射特性,分析了金属导线半径,排列间隔以及入射电场的偏振方向对表面等离子体波产生和传播的影响.在具有等间隔缝隙的金属导线中,当电场偏振方向垂直金属导线时,透射信号受等离子模式和谐振腔模式的共振效应的影响;而当电场偏振平行金属导线时,只存在谐振腔模式的共振. 关键词： THz 时域光谱 铜导线 表面等离子体     

Near field of terahertz radiation transmitted through a lateral non-centrosymmetric grating

The transmission of a terahertz (THz) wave through a grating of metallic strips deposited on a flat surface of a dielectric medium has been considered. It has been assumed that the unit cell of the lateral grating does not have a spatial inversion center and the grating period is small compared to the radiation wavelength. The found amplitudes and phases of the spatial harmonics of the transmitted wave in the near field have been used to calculate the components of the tensor of asymmetry parameters responsible for the generation of photocurrents in a doped quantum well embedded in the non-centrosymmetric system under consideration. It has been found that, at a strip height greater than the skin depth, the parameters of the transmitted spatial harmonics are nearly independent of the height. It has been shown that the metallic grating exhibits strong birefringence, and the radiation polarized either circularly or linearly at an angle of 45° with respect to the principal axes of the lateral grating induces superposition of photocurrents owing to the circular or linear electronic ratchet effects.     

基于表面等离子体的太赫兹光束方向调控的模拟研究

本文根据锑化铟(InSb)材料在THz波段下复介电常数对温度的响应特性,采用了带有光栅的锑化铟-介质-锑化铟的表面等离子体波导结构,实现了1THz频率光束的准直出射,并能够通过调整结构两侧光栅的温度差来控制出射光束的角度.由时域有限差分方法得到光束偏转角度与温度差之间的关系.理论上利用表面等离子体波导模式的光栅耦合机理解释光束方向改变的原因. 关键词： 表面等离子体 太赫兹 时域有限差分方法 光束方向控制     

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。     

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。