基于非线性光学晶体差频产生太赫兹波的理论研究

论文摘要

太赫兹辐射在生物医学检测、物质识别以及空间通信等领域的优越特性渐渐引起人们的兴趣，而高质量的太赫兹源是所有研究与应用的基础。非线性差频方法产生太赫兹波具有输出线宽窄、零阈值、结构紧凑以及室温运转等优点，具有重要研究价值。差频过程的最关键组件是抽运源和非线性材料，本论文以差频输出功率表达式为切入点，分析了影响差频输出的主要因素，并着重研究了几种重要非线性晶体的差频特性，为便捷式和小型化太赫兹源的实现提供了理论依据。本论文的主要内容包括：（1）分析了影响差频转换效率和输出功率的主要因素，总结了实现相位匹配的方法，并分析了不同相位匹配方式的优缺点以及各自适用的晶体类型。（2）计算并分析了InP、CdTe和ZnTe在10.6μm附近的非共线匹配性能，研究了ZnSe共线匹配特性以及在1.064μm和10.6μm附近的非共线匹配特性，计算了CdSe在两波长处的共线匹配角度、走离角、允许角以及非临界匹配曲线等差频参数，研究了InP、CdTe和ZnSe在共线方式下的温度匹配特性，计算了DAST的匹配曲线。（3）着重研究了GaP晶体在共线方式时的匹配曲线、相位匹配带宽、温度特性以及输出功率特性，计算了GaP在近红外波长1.064μm和1.030μm附近的差频性能，并分别给出了实现宽带调谐输出的温度调谐方案，最后设计了一个在常温下搭建差频太赫兹源的实验，以产生367μm和215μm的太赫兹波。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 太赫兹辐射的特性与应用
• 1.2 太赫兹辐射的产生
• 1.3 差频抽运源
• 1.4 温度调谐
• 1.5 课题研究的意义和主要工作
• 2 差频产生太赫兹辐射的理论与分析
• 2.1 非线性差频产生太赫兹波基本理论
• 2.2 影响差频转换的因素分析
• 2.3 实现相位匹配条件的方法
• 2.4 本章小结
• 3 非线性晶体的差频参数计算
• 3.1 闪锌矿晶格结构的晶体
• 3.2 双折射单轴晶体
• 3.3 有机晶体DAST
• 3.4 周期极化晶体
• 3.5 本章小结
• 4 GaP晶体的非线性差频特性研究
• 4.1 GaP晶体的相位匹配特性
• 4.2 GaP晶体的差频功率特性
• 4.3 温度变化对GaP差频特性的影响
• 4.4 用1.064μm光源抽运时的调谐方案
• 4.5 用光纤激光器抽运时的调谐方案
• 4.6 GaP晶体差频实验设计
• 4.7 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望差频技术
• 致谢
• 参考文献