收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高效宽带可调谐Si棱镜阵列耦合THz波参量振荡器研究

张瑞亮  
【摘要】:基于晶体参量效应的THz波参量振荡器(TPO)能够在室温条件下输出高功率、宽带连续可调谐的THz波,特别是采用Si棱镜阵列耦合输出的TPO(Si-TPO),具有结构紧凑、输出THz波指向性好的优点,在THz波谱技术中有重要的应用价值。在过去近20年中,尽管THz波参量源得到不断的发展,但仍然存在输出效率低这一亟待解决的问题。晶体对THz波在输出过程中的强烈吸收,严重制约了THz波在高频端的输出能量和调谐范围。此外,TPO的自动控制快调谐技术是实现其THz波谱测量等应用的必备条件。鉴于此,本论文主要研究Si-TPO降低晶体吸收损耗,提高THz波输出效率的方法,并研究实现Si-TPO自动调谐的关键技术。理论方面,根据电磁波与离子晶体TO振动模相互作用的理论,分析了晶体的色散特性,并推导了受激电磁耦子散射(SPS)过程中Stokes光和THz波的增益表达式。根据Li Nb O3晶体的晶格参数,计算了其在THz波段的色散、吸收以及SPS增益。以此为基础推导了基于Li Nb O3晶体TPO的阈值表达式,研究了泵浦光斑尺寸、腔长等参量对TPO阈值的影响,为后续实验工作提供了理论依据和数据参考。实验方面,建立了Si-TPO的实验装置,通过参量产生实验分析了Mg O:Li Nb O3晶体的色散和Stokes增益特性。研究了Si-TPO输出THz波的空间分布、晶体吸收、角度调谐、调谐输出以及级联过程等基本问题。研究了泵浦光斑尺寸对Si-TPO输出效率的影响,得出采用y方向尺寸为1mm左右泵浦光斑,Si-TPO具有更高的效率。研究了THz波在晶体内的传输特性并得出Si-TPO中减小晶体吸收的原则,利用优化光斑形状、晶体安装等方式实现THz波输出效率的提升。采用切割泵浦光和Stokes光的方式研究得出,THz波在传输过程中会与晶体内的泵浦光相互耦合,激发出新的THz波和Stokes光,强泵浦下的晶体能够有效传递THz波能量。减小晶体吸收需靠近THz波输出面附近的晶体内有较强的泵浦光存在,并不需要Stokes光振荡的发生。优化泵浦光斑形状,解决THz波耦合面积和调谐范围的矛盾。优化泵浦光斑,利用1mm狭缝选取大泵浦光斑的中间部分,将直径为2mm的圆形光斑优化为y方向尺寸为1mm的长条形光斑,Si-TPO的低频限从1.15THz延伸到0.58THz;相比于1mm直径圆形光斑,1.2THz处的THz波输出能量提高了2.5倍。优化晶体安装位置,使晶体特定位置位于旋转轴,实现泵浦光的相对出射位置在角度调谐过程中不发生改变,避免了晶体损伤或额外晶体吸收损耗。在调谐过程中保持晶体的THz波输出面与泵浦光平行,解决调谐过程中由于晶体倾斜而带来额外的晶体吸收损耗,实现1.6THz附近的输出能量提高了约3.2倍。构建了泵浦光在THz波输出面全反射的Si-TPO(PR-Si-TPO),实现了THz波输出能量数十倍的提升,并扩展了THz波的高频调谐范围。根据全反射衰逝波理论,提出通过在晶体和棱镜间制造特定厚度空气隙的方法,实现界面对入射泵浦光的全反射,同时保证THz波高效耦合输出,采用0.8μm厚的空气隙,构建了泵浦光在THz波输出面全反射的Si-TPO。与同等泵浦条件下传统的Si-TPO相比,PR-Si-TPO输出THz波的能量在1.8-2.3THz范围内提高了约20-50倍,振荡阈值降低10%-34%,调谐范围的高频限从2.5THz扩展到3.66THz,Stokes光线宽压缩了近70%,从0.23nm压缩至0.07nm。利用端面精密抛光的晶体,采用光斑直径为1mm、重频为2Hz、能量为8m J的泵浦光时,晶体切角没有出现损伤,实现PR-Si-TPO的低频限扩展至与Si-TPO的相当。实验获得THz波的调谐输出范围为0.6-3.6THz,当泵浦光能量为15m J时,在2.0THz附近获得了最高THz波输出能量为2.4μJ,峰值功率为0.3kW,能量转化效率达到1.6×10-4。研究了通过调节一个反射镜角度即可实现Si-TPO角度调谐的方式,为实现Si-TPO自动控制快调谐突破技术关键。采用反射镜配合1:1望远镜系统的方式,在PR-Si-TPO中实现了反射镜角度调谐,并验证了此方式能够维持PR-Si-TPO的效率。基于Porro棱镜作为角反射器,采用非对称的腔型,实现了双程泵浦的输出镜调谐Si-TPO。在0.8-2THz内获得了THz波调谐输出,实验测得其阈值比传统的平-平腔Si-TPO降低23%左右。将输出镜换成与角反射器相交叉的另一个porro棱镜,构成交叉porro棱镜腔,实现了对腔镜失谐不敏感的Si-TPO。通过对比研究表明,其承受腔镜失谐的能力比传统平-平腔Si-TPO提高1-2个数量级,极大增强TPO对工作环境的适应性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李修;陈秀艳;;不同泵浦参数对泵浦光强分布影响的模拟分析[J];北京印刷学院学报;2011年02期
2 陈文驹,林美蓉;泵浦/探测增益光谱学[J];量子电子学;1986年04期
3 邱文法;陶瓷泵浦腔的实验研究[J];激光杂志;1994年04期
4 阮乂;宁提纲;裴丽;胡旭东;;高功率双包层光纤激光器的泵浦技术[J];光纤与电缆及其应用技术;2009年01期
5 商继敏;陈鹏;王石语;;泵浦光对固体激光器光束质量的影响[J];应用激光;2012年03期
6 张华,徐世祥,范滇元;用蒙特卡罗方法计算棒状放大器内的泵浦能量分布[J];光学学报;1997年12期
7 付成鹏;;远程泵浦系统中增益单元放置位置的优化配置的研究[J];烽火科技;2011年09期
8 蓝可,张毓泉,于敏;共振光泵浦X光激光机制的研究[J];强激光与粒子束;1994年03期
9 冯国英,吕百达;单段与多段阵列式放大器泵浦腔的比较研究[J];强激光与粒子束;1998年04期
10 张利平;段志春;陈建国;周鼎富;杨泽厚;;双包层光纤激光器泵浦阈值的解析表达式[J];光电工程;2006年11期
11 陈林;景峰;邓青华;段文涛;陈远斌;丁磊;刘建国;罗亦明;刘勇;杨敏;贺少勃;;高功率二极管列阵泵浦固体激光泵浦耦合优化设计[J];强激光与粒子束;2011年06期
12 杨海峰,王茂蒲;脉冲氙灯及泵浦性能评价[J];激光技术;1997年01期
13 凌洁,李康,孔繁敏,刘艳,郭毅峰;多泵浦拉曼放大器增益特性的仿真与分析[J];红外与激光工程;2004年02期
14 孟超;潘炜;罗斌;刘凤洲;蔺玉珂;;反向多波长泵浦宽带FRA泵浦配置的一种优化方法[J];激光与红外;2007年04期
15 张彪;杨爱粉;杨照金;杨鸿儒;;高功率LD阵列侧面泵浦激光晶体的增益分布研究[J];激光与红外;2008年09期
16 ;用冲击管泵浦激光晶体[J];激光与光电子学进展;1970年04期
17 沈京玲,戴建华,张洪钧;光折变互泵浦位相共轭的暂态行为和振动效应[J];量子电子学报;1998年06期
18 蒋群;夏晓舟;章青;;超长距离通信系统中远程泵浦的优化设计[J];光通信研究;2010年01期
19 张家森,高宏,朱镛,叶佩弦;用特殊泵浦方式在光折变晶体中获得高增益的两波耦合[J];量子电子学;1996年05期
20 何学东;同步泵浦可调谐染料激光理论研究的进展[J];物理学进展;1994年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 朱晓宁;郑磊;李巨浩;丁伟;张利剑;陈章渊;;引入二阶泵浦后不同泵浦方式拉曼放大器性能比较[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议(OFCIO’2003)论文集[C];2003年
2 朱志武;冯莹;魏立安;官庆;姜广文;;多点泵浦双包层光纤激光器理论以及数值分析[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年
3 郎利影;邢岐荣;李术新;徐世祥;王锴;柴路;王清月;;双光子吸收及泵浦光斑对太赫兹辐射的影响[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年
4 任洁;刘辉;王叶兵;卢本全;谢玉林;常宏;;碱土金属中重泵浦光对单态能级冷却影响的理论及实验研究[A];第十六届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2014年
5 周俊鹤;陈建平;;一种计算拉曼放大器后向泵浦的新算法[A];2003'全国微波毫米波会议论文集[C];2003年
6 张远宪;冯黎;刘春;普小云;;消逝波泵浦的回音壁模式激光增益计算[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
7 赵保真;梁晓燕;冷雨欣;王乘;姜永亮;李儒新;徐至展;;利用不同的泵浦波长优化啁啾脉冲参量放大[A];上海市激光学会2005年学术年会论文集[C];2005年
8 褚政;刘劲松;;强太赫兹场下光生载流子量子产生效率与泵浦光强度关系研究[A];第十三届全国红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2011年
9 蒋建锋;涂波;周唐建;崔玲玲;姚震宇;唐淳;;高平均功率薄片激光多通泵浦耦合系统设计[A];中国工程物理研究院科技年报(2005)[C];2005年
10 武志超;凌铭;谭雪春;金光勇;宁国斌;梁柱;;高重频三向侧面泵浦DPL耦合系统设计[A];2007年先进激光技术发展与应用研讨会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张瑞亮;高效宽带可调谐Si棱镜阵列耦合THz波参量振荡器研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
2 朱学华;大口径非聚焦泵浦的受激布里渊散射阈值及脉冲压缩研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 谭祺瑞;大模场双包层光纤侧面泵浦耦合关键技术研究[D];北京工业大学;2016年
4 王子健;1064nm主振荡功率放大泵浦PPMgLN中红外光学参量振荡器研究[D];长春理工大学;2016年
5 黄值河;分布式侧面耦合包层泵浦光纤激光器研究[D];国防科学技术大学;2015年
6 林林;二极管泵浦固体激光器中泵浦效果的分析与评价[D];西安电子科技大学;2012年
7 赵鸿;二极管侧面泵浦倍频固体激光技术研究[D];中国科学院西安光学精密机械研究所;2001年
8 李忠洋;基于非线性光学方法产生高功率THz波辐射源的研究[D];天津大学;2011年
9 盛泉;共振泵浦在掺Nd~(3+)全固态激光器及非线性光学频率变换技术中的应用[D];天津大学;2013年
10 高松;角泵浦Nd:YAG复合板条基模激光器及其光束对称性研究[D];清华大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王艳雪;强激光长程传输过程中受激转动拉曼散射近场特性的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
2 徐赛;LD泵浦3微米Er固体激光器输出特性研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 钱传鹏;8微米ZGP级联OPA实验研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
4 陈辰;基于腔内泵浦全固态三波长激光器的研究[D];长春理工大学;2015年
5 王妍;基于腔内泵浦技术的双波长和频482.5nm蓝光连续激光器的研究[D];长春理工大学;2015年
6 韩鎏;1.94微米泵浦Ho:YVO_4晶体调Q激光特性研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
7 李昊洋;腔内泵浦双波长激光器的谐振腔设计[D];长春理工大学;2014年
8 王宁;基于掺钕纳米颗粒流体激光器的理论分析及性能研究[D];南京邮电大学;2015年
9 黄雪松;LD泵浦Nd:YAG/Cr~(4+):YAG被动调Q微型激光器研究[D];北京工业大学;2016年
10 韩金樑;脉冲LD侧面泵浦棒状Nd:YAG激光器的时变热效应研究[D];长春理工大学;2016年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 实习生 姜靖;提速:从30分钟到3秒钟[N];科技日报;2007年
2 周寿桓;明确应用 解决固体激光技术难题[N];中国电子报;2007年
3 本报记者  倪洪章;银行数据大集中 SI们面临洗牌[N];计算机世界;2006年
4 谢涛;浙江鸿程:电信行业SI的老兵新传[N];电脑商报;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978