LiNbO3晶体掺MgO优化THz波参量振荡器输出特性研究

论文摘要

太赫兹技术在很多基础研究领域和应用研究领域有广泛的应用前景，而太赫兹波源器件的研发是太赫兹技术发展的关键。在众多的太赫兹波辐射源中，太赫兹波参量振荡器由于其准连续方式输出、体积小、频率连续可调谐、窄线宽、高空间和时间相干性，且在室温下工作等特点，受到了科研工作者的极大关注。实验中，我们分别利用一块长65mm掺5％molMgO：LiNbO3晶体加一块长65mm无掺杂的LiNbO3晶体参量过程产生THz波，和两块无掺杂的LiNbO3晶体在相同配置下参量过程产生THz波，前者比后者泵浦阈值降低了约30％，而在泵浦光能量为18mJ/pulse时，其THz波输出的能量增加约12．4％。表明，LiNbO3晶体掺入价态比较稳定的抗光折变杂质离子Mg2+，利用它参量过程产生THz波，能够有效的增强其输出能量而降低其泵浦阈值。另外，我们对5％mol MgO：LiNbO3晶体为非线性光学介质构成的THz波参量振荡器的增益和角度调谐特性进行了计算，做出了其增益和调谐曲线，其增益提高而调谐范围拓宽。5％molMg2+掺入同成分LiNbO3晶体，改善了THz波参量辐射源的输出性能，其机理是：同成分LiNbO3晶体中存在大量的缺陷如：反位铌、锂空位、小极化子、双极化子、Fe2+、Fe3+等光折变敏感中心，所以其光折变效应显著。由于泵浦光在LiNbO3晶体中的光折变效应引起的光感应光散射和类透镜效应，使泵浦光向散射光转移能量，所以利用同成分LiNbO3晶体参量过程产生THz波泵浦阈值高而输出能量低。当给LiNbO3晶体中掺入价态比较稳定的Mg2+后，LiNbO3晶体结构基本没有变化，LiNbO3晶体中较强A1（TO）振动模式，和E（TO）振动模式主要由氧八面体（NbO3）特征基团决定，掺镁对此影响不大。当掺镁量为阈值浓度（5％mol）时，LiNbO3晶体中的反位铌离子重新回到铌位，而杂质离子的晶格占位也由锂位变为铌位。所以与锂空位有关的缺陷失去了电荷的受主和施主能力，有效的抑制了LiNbO3晶体的光折变效应，泵浦光向散射光转移能量降低，而转化为THz波和闲频光的效率提高，所以利用5％molMgO：LiNbO3晶体参量过程产生THz波输出性能得到改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概述
• 1.1 THz波简介
• 1.2 THz技术应用概述
• 1.3 THz技术进展
• 1.4 THz波辐射源
• 1.5 THz波参量振荡器
• 1.5.1 THz波参量振荡器原理
• 1.6 本文主要研究内容
• 1.7 本章小结
• 3晶体特性分析'>2 掺MgO的LiNbO₃晶体特性分析
• 3晶体'>2.1 LiNbO₃晶体
• 3晶体结构及主要光学常数'>2.1.1 LiNbO₃晶体结构及主要光学常数
• 3晶体的本征缺陷结构'>2.1.2 LiNbO₃晶体的本征缺陷结构
• 3晶体的光折变效应'>2.1.3 LiNbO₃晶体的光折变效应
• 3晶体掺MgO抗光折变分析'>2.2 LiNbO₃晶体掺MgO抗光折变分析
• 3中镁离子在晶格中的占位'>2.2.1 MgO:LiNbO₃中镁离子在晶格中的占位
• 3晶体抗光折变分析'>2.2.2 MgO:LiNbO₃晶体抗光折变分析
• 3晶体抗光损伤分析'>2.2.3 MgO:LiNbO₃晶体抗光损伤分析
• 3晶体掺镁对晶格结构的影响'>2.2.4 LiNbO₃晶体掺镁对晶格结构的影响
• 2.3 近化学计量比铌酸锂晶体
• 3晶体（CLN）'>2.3.1 同成分LiNbO₃晶体（CLN）
• 3晶体（SLN）的优异物理性质'>2.3.2 近化学计量比LiNbO₃晶体（SLN）的优异物理性质
• 2.4 近化学计量比铌酸锂晶体生长
• 2.4.1 近化学计量比铌酸锂晶体生长方法
• 2.4.2 近化学计量比铌酸锂晶体面临的困难
• 2.5 本章小结
• 3晶体掺MgO参量产生THz波特性分析'>3 LiNbO₃晶体掺MgO参量产生THz波特性分析
• 3晶体差频产生THz波分析'>3.1 掺镁LiNbO₃晶体差频产生THz波分析
• 3晶体构成THz波参量振荡器输出性能分析'>3.2 MgO:LiNbO₃晶体构成THz波参量振荡器输出性能分析
• 3.3 本章小结
• 4 THz波参量振荡器增益和调谐特性计算
• 4.1 THz波参量振荡器基本理论
• 3晶体的最佳掺镁含量'>4.2 LiNbO₃晶体的最佳掺镁含量
• 3晶体的最佳掺镁含量计算'>4.2.1 LiNbO₃晶体的最佳掺镁含量计算
• 2+的LiNbO₃晶体光学常数'>4.2.2 掺5%molMg²⁺的LiNbO₃晶体光学常数
• 4.3 实验装置
• 4.4 THz波参量振荡器增益
• 4.5 THz波参量振荡器角度调谐
• 4.6 本章小结
• 5.全文总结
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录