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《天津大学》 2012年
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内腔THz参量振荡器的研究

吕达  
【摘要】:THz波是一种波长介于微波和红外波之间的电磁波,由于其在光谱中所处的位置及自身所具有的独特性质使其在通信(宽带通信)、电子对抗、雷达、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、环境监测及安全检查(生化物的检查)等领域有着广泛的应用前景。因此,如何获得稳定、可调谐的THz辐射源成为THz研究中的关键内容。目前,产生THz波的方法主要有电子学方法和光子学方法,其中后者与前者相比,具有可获得高频THz波和实验系统小型化等优势。而在光子学方法中,基于电磁藕子散射的内腔THz参量振荡(TPO)辐射源技术具有效率高、振荡阂值低、体积小、调谐简单、室温运转等优点,因而内腔TPO技术成为目前THz源技术中的一项重要研究内容。本文基于内腔TPO技术,其主要内容及创新点如下: 1.理论上分析了内腔THz参量振荡(TPO)的动力学过程,系统分析了在内腔TPO过程中,腔内反转粒子数密度、泵浦光强度和Stokes光强度随时间的变化关系,从而清楚的呈现出腔内泵浦光和Stokes光的建立过程。在理论上推导了内腔TPO的能量泵浦阂值,并计算了在不同的条件下,内腔TPO的能量泵浦阂值。 2.采用垂直于晶体表面输出的方法,搭建了一套可调谐的内腔THz参量振荡器。实验中获得的THz波最大平均功率为3.3 }W,此时THz波能量转换效率为2.8x10-6,调谐范围为0.9-2.5 THz阂值约为_5.4 mJ}与理论计算基本相符。同时观察到最高阶为四阶的Stokes光谱线。 3.设计一台小型化的基于垂直晶体表面输出的外腔THz参量振荡器,在充分利用TPO技术体积小的特点的同时,主要目的是将实验结果与内腔TPO进行比较。在实验中获得的THz波最大平均功率为10.8 } W,对应THz波能量转换效率为8.43 x 10-6。并理论上分析了内腔TPO的平均功率和转换效率均高于外腔TPO的原因。 4.由于在MgO:LiNbO;中的参量振荡产生THz的方法采用的是非共线相位匹配,三波互作用体积较小,为了提高效率,设计了在MgO:PPLN晶体中基于准相位匹配技术的内腔TPO的实验系统。在理论上计算了所需晶体的极化周期和极化角度,并对利用极化周期调谐THz波输出的方法做了理论计算。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN753.91

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【参考文献】
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