Cd0.96Zn0.04Te光致载流子动力学特性的太赫兹光谱研究

采用光抽运-太赫兹探测技术研究Cd_0.96Zn_0.04Te的载流子弛豫和瞬:态电导率特性.在中心波长800 nm的飞秒抽运光激发下,Cd_0.96Zn_0.04Te的载流子弛豫过程用单指数函数进行了拟合,其载流子弛豫时间长达几个纳秒,且在一定光激发载流子浓度范围内随光激发载流子浓度的增大而减小,这与电子-空穴对的辐射复合有关.在低.光激发载流子浓度(4.51×10¹⁶—1.81×10¹⁷ cm^-3)下,Cd_0.96Zn_0.04Te的太赫兹(terahertz,THz)瞬态透射变化率不随光激发载流子浓度增大而变化,主要是由于陷阱填充效应造成的载流子损失与光激发新增的载流子数量近似.随着光激发载流子浓度继续增大(1.81×10¹⁷—1.44×10¹⁸ cm^-3),THz瞬态透射变化率随光激发载流子浓度的增大而线性增大,是由于缺陷逐渐被...     

基于GaSe和ZnGeP2晶体差频产生可调谐太赫兹辐射的理论研究

基于非线性光学频率变换理论,采用已报道的利用非线性光学差频方法产生可调谐太赫兹波的实验条件作为理论分析的实验模型,计算模拟出在不同相位匹配条件下,GaSe和ZnGeP₂晶体差频的相位匹配角、走离角、允许角和有效非线性系数,并对计算结果进行了分析比较,总结出对应输出不同太赫兹波长的最佳相位匹配方式.计算结果为利用非线性晶体差频产生可调谐太赫兹辐射的实验研究提供深入和全面的理论基础. 关键词： 太赫兹波 GaSe晶体 2晶体')" href="#">ZnGeP₂晶体 差频     

GaAs在光通讯波段的超快非线性光学研究

采用Z-扫描和泵浦-探测技术,在光通讯波段对砷化镓(GaAs)单晶进行了非线性动力学以及非线性光学的实验研究.飞秒泵浦-探测实验结果表明,三阶非线性光学效应源于砷化镓单晶对飞秒激光的瞬态双光子吸收,而五阶非线性光学效应源于砷化镓单晶双光子吸收诱导的自由载流子吸收效应.通过Z扫描实验,得到了关于GaAs单晶所有的非线性光学参数,包括双光子吸收系数、三阶非线性折射系数、双光子吸收诱导的自由载流子吸收截面以及双光子吸收诱导的自由载流子折射截面.结果表明,砷化镓单晶在制造光限幅器件和光电探测器方面具有良好的发展前景.     

GaAs在光通讯波段的超快非线性光学研究（英文）

采用Z-扫描和泵浦-探测技术,在光通讯波段对砷化镓(Ga As)单晶进行了非线性动力学以及非线性光学的实验研究。飞秒泵浦-探测实验结果表明,三阶非线性光学效应源于砷化镓单晶对飞秒激光的瞬态双光子吸收,而五阶非线性光学效应源于砷化镓单晶双光子吸收诱导的自由载流子吸收效应。通过Z扫描实验,得到了关于Ga As单晶所有的非线性光学参数,包括双光子吸收系数、三阶非线性折射系数、双光子吸收诱导的自由载流子吸收截面以及双光子吸收诱导的自由载流子折射截面。结果表明,砷化镓单晶在制造光限幅器件和光电探测器方面具有良好的发展前景。     

增益饱和对光学差频产生太赫兹辐射的功率和稳定性的影响

数值模拟并分析了以GaSe晶体为例对光学差频产生太赫兹（THz）波的特性.结果表明：当THz波长为227.5 μm,晶体长度为26.3 mm时,产生THz波功率达到增益饱和,在增益饱和点输出最高峰值功率可以达到945 W.由于晶体吸收的影响,THz波的增益饱和区是输出功率的非稳定区,而THz波的输出稳定区位于增益饱和区之后,在稳定区的THz波稳定性取决于抽运光的稳定性.当THz波波长为227.5 μm时,达到稳定区所需晶体长度为37.9 mm,此时THz波输出峰值功率可以达到735 W. 关键词： 光学差频 太赫兹辐射 稳定性     

相位失配与材料吸收对利用GaSe差频产生太赫兹波功率影响的研究

从理论上分析了相位失配与材料吸收在利用GaSe非线性差频产生太赫兹(THz)波中的影响,计算得到了4种不同情况下的晶体最佳长度值和相应THz最大功率,计算了角度失配对于相位失配的影响,计算结果为非线性光学差频实验提供了重要参考依据和理论设计基础. 关键词： 太赫兹波 GaSe晶体 相位失配 材料吸收     

光泵THz激光器输出频率稳定特性研究

在太赫兹(THz)成像、雷达探测、相干通信等许多应用领域中,THz辐射源的频率稳定性是直接影响其应用效果的核心问题之一。基于双光子迁移效应建立了光泵THz激光器输出激光频率漂移的物理模型,推导出THz激光频率漂移的解析计算公式。以光泵甲醇(CH₃OH)为例, 给出了不同压强下的甲醇吸收谱线,定量分析了泵浦光频率漂移和泵浦功率对THz激光频率稳定性的影响,并讨论了THz激光腔内工作气体压强对THz激光频率漂移的影响。研究结果表明：随着泵浦光功率的增加,THz激光频率的漂移量逐渐增加;随着THz腔内工作气体压强升高,THz激光的频率漂移逐渐下降;当泵浦光频率漂移量在一定范围时,将出现THz激光的频率漂移量极值,且泵浦光的频率漂移量等于工作气体吸收谱线宽度的1/4时,THz激光输出的频率漂移达到极值。由此可见,在实际工作中,不仅需要合理选择腔内的工作条件(压强、温度),而且还需要采取措施将泵浦光的频率漂移控制在一定范围以内,以提高THz激光的输出频率稳定性。     

一种光激发可切换的双频太赫兹超材料吸收器

提出了一种基于方环-金属线结构的光激发动态可切换双频太赫兹超材料吸收器。通过调节嵌入在结构间隙中的光敏硅和锗的绝缘/导通状态,该吸收器可在不改变结构的前提下在三个双频完美吸收态之间自由切换。结果表明:当没有光泵浦时,该吸收器工作在0.987 THz和1.767 THz双频吸收态;当采用800 nm激光泵浦时,该吸收器可切换为0.717 THz和1.444 THz处的双频吸收;当采用1550 nm激光泵浦时,该吸收器的吸收状态可切换为0.716 THz和1.767 THz处的双频吸收。本文从等效电路、匹配阻抗和电流分布三方面解释了三种可切换的双频吸收机制,并讨论了极化不敏感的吸收特性。     

光子晶体对太赫兹波的调制特性研究

利用传输矩阵方法研究了掺杂半导体n-GaAs/聚碳酸脂一维光子晶体的太赫兹波透射谱.研究结果发现,与一般由两种介电材料组成的一维光子晶体不同,由于掺杂半导体中自由载流子对太赫兹波存在较强的吸收,所以这种材料组成的一维光子晶体除可形成光子带隙外,还可以增强n-GaAs对太赫兹波的透射.同时还提出了一种基于这种一维光子晶体的太赫兹波调制器,通过外加电压控制半导体中电子浓度的大小可实现对太赫兹透射波幅度的调制. 关键词： 掺杂半导体光子晶体 太赫兹波 太赫兹波的调制     

200mJ光泵浦氨气太赫兹激光器北大核心CSCD

利用光栅选支调谐的TEA CO2激光器作为泵浦源设计了高能量脉冲光泵浦太赫兹激光器。太赫兹激光谐振腔由2m长的石英玻璃管、GaAs泵浦光输入窗和SiO2太赫兹光输出窗组成,氨气充入谐振腔内作为增益介质。太赫兹激光的波长由自主设计的金属线栅F-P干涉仪测量。实验中在多个波长处都获得了强烈的太赫兹光输出,其中151.5μm太赫兹光的输出脉冲能量高达204mJ,对应的泵浦光能量为32J。最后,还给出了利用151.5μm太赫兹光进行透视成像的实验结果。     

Enhancement of terahertz wave difference frequency generation based on a compact walk-off compensated KTP OPO

A compact, walk-off compensated dual-wavelength KTP OPO near the degenerate point of 2.128 μm pumped by a Nd:YAG pulsed laser is employed as the pump for terahertz (THz) source based on difference frequency generation (DFG) in a GaSe crystal. Coherent THz radiation that is continuously tunable in the range of 81-1617 μm (0.186-3.7 THz) is achieved. An enhancement of 76.7% in average for the THz energies at different wavelengths is realized using the walk-off compensated KTP OPO than the common one. Using a 8 mm-long GaSe crystal, the maximum output THz pulse energy is 48.9 nJ with the peak power of 11 W, corresponding to the energy conversion efficiency of 5.4 × 10^− 6 and the photon conversion efficiency of about 0.09%.     

Investigation of symmetries of second-order nonlinear susceptibility tensor of GaSe crystals in THz domain

Following our measurements and analysis made on several GaSe crystals, we demonstrated that terahertz (THz) generation from ultrafast laser pulses can be developed into a sensitive technique for investigating symmetries of second-order nonlinear susceptibility tensor of a nonlinear crystal. Indeed, for GaSe crystals, both Kleinman's symmetry condition and spatial symmetry were violated due to the contribution of ionic displacement to nonlinear polarization and deviation of GaSe lattice from hexagonal symmetry. When the pump photon energy was increased from that below the bandgap of GaSe to that above it, the mechanism for the THz generation was switched from optical rectification to photocurrent surge.     

nc-Ge/SiN_x多层膜材料的可调控非线性光学特性

采用等离子体增强化学气相沉积和后退火的方法制备了纳米锗/氮化硅(nc-Ge/SiN_x)多层薄膜。借助Raman光谱仪对其微结构进行表征,测得样品的晶化率大于46%。由样品的光吸收谱可知,nc-Ge的尺寸越小,其光学带隙越大。利用Z扫描技术对样品的非线性光学特性进行研究,以波长为1 064 nm、脉宽为25 ps的锁模激光作为激发光,测得样品的非线性折射率系数在10~(-10)cm~2/W数量级。实验结果表明,通过改变nc-Ge的尺寸可以使材料的非线性光学折射率由自散焦转变为自聚焦特性,而负的非线性折射率系数可归因于两步吸收产生的自由载流子散射效应。当激发光强增大时,在锗层厚度为6 nm的多层膜中同时存在两步吸收过程和饱和吸收过程。两种非线性光学吸收过程之间的竞争是样品呈现不同非线性光学特性的主要原因。     

Effects of gain saturation on terahertz radiation via optical difference frequency generation

Numerical studies on stability of terahertz (THz) radiation generation based on difference frequency generation in nonlinear crystals are reported. When the gain saturation is achieved at a wavelength that corresponds to an optimal crystal length, the maximal output of THz radiation could be obtained. As a result of crystal absorption, the gain saturation region of THz radiation is unstable region for output. The stability of THz radiation is determined by the stability of pump in the stable region where behind of the gain saturation.     

双光子激发ZnSe自由载流子超快动力学研究

采用Z扫描和抽运-探测实验技术, 在波长为532 nm、脉冲宽度为41 fs的条件下测得ZnSe晶体的双光子吸收系数, 并获得了不同激发光强下的自由载流子吸收截面、电子-空穴带间复合时间和电子-声子耦合时间. 研究发现, 随着激发光强的增大, 自由载流子吸收截面减小, 复合时间变短. 当激发光强增大导致载流子浓度大于10¹⁸ cm^-3时, 抽运-探测信号出现明显改变, 原因归结为强光场激发导致样品在短时间内带隙变窄和电子-空穴等离子体的形成.     

Efficient, tunable, and coherent 0.18-5.27-THz source based on GaSe crystal

Continuously tunable and coherent radiation in the wide range 56.8-1618 mum (0.18-5.27 THz) has been achieved as a novel and promising terahertz source based on collinear phase-matched difference frequency generation in a GaSe crystal. This source has the advantages of high coherence, simplicity for tuning, simple alignment, and stable output. The peak output power for the terahertz radiation reaches 69.4 W at a wavelength of 196 mum (1.53 THz), which corresponds to a photon conversion efficiency of 3.3%. A simple optimization of the design can yield a compact terahertz source.     

Generation of ultrafast mid-infrared laser by DFG between two actively synchronized picosecond lasers in a MgO:PPLN crystal

We report the difference-frequency generation (DFG) of ultrafast mid-infrared laser radiation around 3???m between two picosecond laser pulses with the center wavelengths of 800?nm and 1064?nm in a MgO:PPLN crystal at room temperature. The two laser pulses were generated from the actively synchronized picoseconds Ti:sapphire and Nd:YVO₄ oscillators. We measured the DFG wavelengths tunable from 3.19?C3.29???m and the output power is potential to be several mW. This experiment proves a possible roadmap for ultrafast mid- and far-infrared laser radiation generation and even for the THz radiation.     

铁磁异质结构中的超快自旋流调制实现相干太赫兹辐射

利用飞秒激光脉冲在生长于二氧化硅衬底上的W/CoFeB/Pt和Ta/CoFeB/Pt两类铁磁/非磁性金属异质结构中实现高效、宽带的相干THz脉冲辐射.实验中, THz脉冲的相位随外加磁场的反转而反转,表明THz辐射与样品的磁有序密切相关.为了考察三层膜结构THz辐射的物理机制,分别研究了构成三层膜结构的双层异质结构(包括CoFeB/W, CoFeB/Pt和CoFeB/Ta)的THz辐射.实验结果都与逆自旋霍尔效应相符合, W/CoFeB/Pt和Ta/CoFeB/Pt三层膜结构所辐射的THz强度优于同等激发功率下的ZnTe (厚度0.5 mm)晶体.此外,还研究了两款异质结构和ZnTe的THz辐射强度与激发光脉冲能量密度的关系,发现Ta/CoFeB/Pt的饱和能量密度略大于W/CoFeB/Pt的饱和能量密度,表明自旋电子在Ta/CoFeB/Pt中的界面积累效应相对较小.     

钬铥双掺钨酸镱钾激光晶体光谱参数计算

采用顶部籽晶提拉法（TSSG）生长了钬铥双掺钨酸镱钾（KHo_0.04Tm_0.06Yb_0.9（WO₄）₂）激光晶体。测试了该晶体的吸收及荧光光谱,计算了其光谱参数。实验结果表明：该晶体在890~1 000 nm范围吸收带较宽,半峰宽为90 nm,计算了主峰1 000 nm处吸收截面为16.92×10^-20 cm²;Tm³⁺在1 690~1 812 nm范围存在较宽的吸收带,半峰宽为118 nm,易于实现Yb→Ho、Yb→Tm、Tm→Ho的能量传递。根据Judd-Ofelt理论,计算了该晶体的光谱强度参数。根据Tm³⁺、Ho³⁺、Yb³⁺离子能级图,讨论了产生1 750~2 200 nm荧光发射的3种能量传递方式。最后计算了主峰2 030 nm处受激发射截面为3.47×10^-20 cm²,表明该晶体可作为2 μm波段优异的激光增益介质。