THz波参量振荡器产生THz波理论分析

论文摘要

太赫兹波段在电磁波谱中位于毫米波和红外光之间,该频段的电磁辐射具有非常独特的性质,如在物体成像、医疗诊断、环境检测、射电天文、宽带移动通信等领域内有广阔的应用前景。近几年来,太赫兹波技术无论在基础研究方面还是在应用研究领域,都取得了一定的进步和发展,而基于光学方法的各种THz辐射源,凭借其卓越的特性和显著的优点,逐渐在众多THz辐射产生技术方面显现出举足轻重的地位。对于太赫兹（THz）波参量振荡器来说探索其THz辐射发生、振荡、放大机理,将会使得太赫兹参量振荡器进一步优化,且朝着实现高效率、高能量、结构紧凑、简单连续调谐、室温稳定运转的方向迅速发展。本文从固体的元激发理论出发,分析了元激发——电磁耦合场量子的形成以及它的受激喇曼散射和色散曲线的意义,并且应用声子的受激散射原理阐述太赫兹（THz）波参量振荡器产生THz波的机理;运用Henry和Garrett的波耦合方法来描述电磁耦合场量子的受激散射,推导得出THz波参量增益的表达式;利用所得增益表达式进行了数值计算,并对结果进行了详细地分析和讨论,进一步分析了温度对THz波产生的影响;结果说明随着温度的升高,各光谱峰频率减小,光谱峰位置向低波数方向移动,且光谱峰数目在减少,这主要是由于LiNbO3晶体中[Li—O]、[Nb—O]的键合强度、晶格中离子间的相互作用随着温度的升高强度减弱,而晶体的光学声子行为与晶体的[Li—O]键密切相关,这样就导致LiNbO3晶体中A1对称光学软模的喇曼活性降低,进而出现THz波增益随温度的升高而降低的现象。此研究为今后太赫兹（THz）波参量振荡器优化设计提供了非常有价值的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 太赫兹（THz）波简介
• 1.2 太赫兹（THz）波的特点
• 1.3 太赫兹（THz）波的重要应用
• 1.4 产生太赫兹（THz）波辐射的方法
• 1.5 太赫兹（THz）波参量振荡器简介
• 1.6 论文研究目的和内容
• 1.7 小结
• 2 电磁耦合场量子与喇曼散射
• 2.1 电磁耦合场量子
• 2.1.1 元激发
• 2.1.2 光与晶体中横向长光学波的耦合
• 2.1.3 极化激元色散曲线意义
• 2.2 电磁耦合场量子的受激喇曼散射
• 2.2.1 光散射现象的一般描述
• 2.2.2 受激喇曼散射
• 2.2.3 受激喇曼散射的应用
• 2.2.4 受激极化激元喇曼散射
• 2.3 小结
• 3 THz波产生的理论分析与增益计算
• 3.1 理论分析
• 3.2 光波在介质内传播的波动方程
• 3.3 THz波增益表达式推导
• 3.4 小结
• 4 THz波产生受温度的影响
• 4.1 THz波增益受温度的影响
• 0受温度的影响'>4.2 增益g₀受温度的影响
• 4.3 吸收系数受温度的影响
• 4.4 折射率受温度的影响
• 4.5 小结
• 5 总结
• 5.1 结论
• 5.2 需要进一步研究的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录