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GaSe晶体太赫兹时域光谱及差频产生太赫兹辐射源研究

张栋文  
【摘要】: 太赫兹辐射源和太赫兹时域光谱,是太赫兹技术研究领域的两个重要方向。本文搭建了一套太赫兹时域光谱系统,结合密度泛函微扰理论研究了GaSe晶体的吸收光谱,并在GaSe晶体中光学差频产生窄带可调谐的太赫兹辐射。主要研究内容包括: 1、搭建了一套太赫兹时域光谱系统。通过实验比较飞秒激光产生太赫兹辐射的多种方法,建立了一套基于ZnTe(110)晶体光整流产生和电光采样探测的太赫兹时域光谱系统,用1mm厚的ZnTe晶体产生和探测太赫兹辐射,通过几何优化,系统的信噪比大于1000,光谱范围为0.1-2.5THz,光谱分辨率50GHz,为研究样品在太赫兹波段的光学性质提供了一个很好的平台。 2、实验验证了太赫兹时域光谱系统的优化方案。通过求解非线性耦合波方程分析了太赫兹辐射的波形,比较了群速失配对发射晶体和探测晶体的不同影响,在实验上验证用1mm厚ZnTe晶体产生太赫兹辐射,3.5mm厚ZnTe晶体探测太赫兹辐射,可以实现谱宽和灵敏度的最优组合。通过噪声分析,提出了电光采样的平衡正交探测模式,并实验证实在同样的条件下,使用平衡正交探测模式可以将信噪比提高2.5倍。 3、研究了GaSe晶体在太赫兹波段的吸收结构。实验测量了室温下GaSe晶体的傅立叶变换红外吸收光谱,发现GaSe晶体在剩余射线带两侧存在很多吸收结构。测量了GaSe晶体在低温下的太赫兹时域光谱,通过密度泛函微扰理论计算的声子谱,指认了GaSe在太赫兹波段的吸收峰,并推断样品中含有堆叠缺陷。 4、在GaSe晶体中差频产生窄线宽可调谐的太赫兹辐射。利用Nd:YAG激光器和窄线宽光参量振荡器,在GaSe晶体中共线相位匹配产生太赫兹辐射。通过构造长脉冲法,利用热辐射计在稳态的响应度,测量了太赫兹辐射脉冲能量。用傅立叶变换红外光谱仪的步进扫描功能测量了太赫兹辐射的频率。这套全固态太赫兹辐射源重复频率10Hz,在0.5-4.7THz范围内可调谐,在3THz频率的峰值功为17.3W,谱线宽度小于0.3cm-1,可用于太赫兹辐射高分辨光谱研究。 5、和本文相关的其它研究。在太赫兹时域光谱的基础上,研究了透射式太赫兹扫描成像。在差频产生窄线宽可调谐的太赫兹辐射的过程中,研制了双波长光参量振荡器,并且差频产生了可调谐的红外线。


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