CO2激光差频产生THz辐射及基于混频效应的宽带倍频理论研究

论文摘要

对太赫兹波（THz波）科学与技术的研究是目前全世界最为活跃的研究领域之一。现阶段对太赫兹的研究主要集中在THz波的产生、传输和探测上。THz波的产生是THz技术中的一项关键技术。产生THz波的方法又主要可以分为电子学方法和光子学方法。在利用光学与光子学原理产生THz波的方法中,利用非线性光学差频的办法可以获得结构紧凑、低成本、室温运转、可调谐的THz波辐射源。其中,差频晶体和差频波长的选择以及三波互作用的相位匹配等问题是非线性光学差频产生THz波的关键问题,应当着重考虑。利用远红外CO2激光差频产生THz辐射的技术因其具有自身的优势而应给予相应重视。本文主要围绕在光学各向同性非线性晶体中差频产生THz波的相位匹配计算和利用CO2激光差频产生THz辐射的研究而展开,最后对基于混频效应的宽带倍频理论进行了初步分析。论文的主要内容包括:1.介绍了在光学各向同性晶体中利用跨剩余射线带色散补偿效应进行相位匹配的原理,并利用该原理详细讨论了在GaP、GaAs、InP、ZnTe和CdTe晶体中差频产生THz辐射的共线相位匹配及相干长度等问题。进一步地,讨论了温度变化对GaAs晶体中相位匹配的影响。2.讨论了在GaSe晶体和GaAs晶体中,利用CO2激光差频产生THz波的相位匹配问题。提出并初步计算了在周期极化GaAs晶体中,利用CO2激光差频产生THz波的问题。3.为在Cr:GaAs晶体中利用CO2激光器差频产生THz波的实验,详细计算了Cr:GaAs晶体的有效非线性系数deff以及晶体出射面切角,并提出了相应的切割方案。设计了在Cr:GaAs晶体中利用CO2激光器差频产生THz波的实验光路。4.提出并初步研究了基于混频效应的宽带倍频理论,并对BBO、KTP和LBO晶体进行了相应的模拟计算。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 太赫兹辐射的主要特点及应用
• 1.2 太赫兹辐射的产生
• 1.2.1 基于电子学方法产生太赫兹辐射
• 1.2.2 基于光子学方法产生太赫兹辐射
• 1.3 太赫兹辐射的传输
• 1.4 太赫兹辐射的探测
• 1.5 宽带倍频理论
• 1.6 选题的意义、论文的主要工作及创新
• 1.6.1 选题的意义
• 1.6.2 论文的主要工作
• 1.6.3 主要创新点
• 第2章 光学各向同性晶体中差频产生太赫兹辐射的共线相位匹配的研究
• 2.1 在光学各向同性晶体中跨剩余射线带色散补偿相位匹配原理的介绍与理论计算
• 2.2 在GaP、GaAs、InP、ZnTe和CdTe晶体中差频产生太赫兹辐射的共线相位匹配的理论研究
• 2.3 温度变化对GaAs晶体共线相位匹配的影响
• 2.4 本章小结
• 2激光器在GaSe和GaAs晶体中差频产生太赫兹辐射的相位匹配研究'>第3章 利用CO₂激光器在GaSe和GaAs晶体中差频产生太赫兹辐射的相位匹配研究
• 2激光器差频产生太赫兹辐射'>3.1 利用CO₂激光器差频产生太赫兹辐射
• 2激光在GaSe晶体中差频产生THz辐射的相位匹配研究'>3.2 CO₂激光在GaSe晶体中差频产生THz辐射的相位匹配研究
• 3.2.1 GaSe晶体简介
• 3.2.2 在GaSe晶体中10 μm附近的共线相位匹配计算
• 2激光在GaAs晶体中差频产生THz辐射的相位匹配研究'>3.3 CO₂激光在GaAs晶体中差频产生THz辐射的相位匹配研究
• 3.3.1 GaAs晶体简介
• 3.3.2 在GaAs晶体中 10 μm附近的非共线相位匹配计算
• 3.4 在周期极化的GaAs晶体中差频产生THz辐射的理论研究
• 3.5 本章小结
• 2激光器在Cr:GaAs晶体中差频产生太赫兹辐射的实验设计'>第4章 利用CO₂激光器在Cr:GaAs晶体中差频产生太赫兹辐射的实验设计
• 4.1 Cr:GaAs晶体的掺杂
• 4.2 Cr:GaAs晶体的切割
• 4.2.1 有效非线性系数deff的计算和Cr:GaAs晶体的切割
• 4.2.2 Cr:GaAs晶体出射平面的切割角
• 4.3 实验光路设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于混频效应的宽带倍频理论
• 5.1 宽带倍频技术简介
• 5.2 基于混频效应的宽带倍频理论
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 对太赫兹技术的展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢