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太赫兹波的差频产生及低损耗传输波导的研究

作　者: 耿优福
导　师: 姚建铨
学　校: 天津大学
专　业: 物理电子学
关键词: 太赫兹辐射光学差频金属空心波导太赫兹微结构光纤
分类号: TN814
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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引　用: 4次
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内容摘要

太赫兹波辐射在光谱分析、医学成像、环境监测及军事安全领域有重要的应用潜力，利用电子学和光学办法可以有效的产生太赫兹辐射，而基于光学非线性频率变换技术的差频办法可以获得室温运转、宽调谐、高功率、低成本和结构紧凑的相干太赫兹源，目前国内在这方面的研究起步较晚，鲜有研究报道。因此，本文初步探索差频产生相干太赫兹辐射及研究低损耗、实用化的太赫兹波导器件，主要内容和创新点如下：1．从三波互作用的耦合波方程出发，研究了差频过程中三波能量转移特性及THz吸收损耗的影响；对常用的差频晶体的相位匹配特性、有效非线性系数等进行详细了的研究。2．利用重复频率为10Hz、脉宽为10ns的0.532μm激光器作为KTP光学参量振荡器泵浦源，得到了工作在1.064μm附近的双波长输出，在硒化镓GaSe晶体中差频得到了0.41~3.3THz的太赫兹波输出。利用重复频率为10Hz、1.064μm内腔泵浦KTP光学参量振荡器，获得了2.128μm附近的双波长输出，在GaSe晶体差频得到了0.147THz-3.65THz的太赫兹波输出，即82μm~2041μm的宽调谐相干太赫兹输出，最大峰值功率约为10mW~17mW，处于国内领先水平。3．利用2.1μm附近的内腔泵浦的双波长KTP光学参量振荡器作为差频源，在GaSe晶体差频，得到了8.42~19.42μm的中红外输出，I类和II类差频获得疤?大能量分别为4.17μJ和3.65μJ。4．对金属镀层空心太赫兹光波导进行了理论分析与初步的实验研究，对其低阶模如TE11、TE01、TM01及TE21模的模场分藏?刂固匦越辛朔治觯訲E11主模损耗随光纤直径、金属材料的变化情况进行了理论分析，对自行研制设计芯径为1.1mm的镀银THz空心波导的传输损耗进行了测量，传输的损耗为8.6dB/m，其已达到国际先进水平。设计分析了金属/介质膜空心波导的传输特性。5．利用有限差分法及有限元方法对THz波微结构光纤进行了理论设计，对实心塑料光子晶体光纤和空心塑料光子带隙光纤的传输损耗及色散情况进行了分析与比较。提出大填充率六角空气孔空芯塑料光子带隙光纤在低损耗太赫兹波传输中的应用，并设计实现了最低传输损耗为0.268dB/m，在其传输的带隙内THz波的色散也极小。

全文目录

中文摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-31
  1.1 太赫兹辐射的主要特点及应用  9-16
  1.2 光学差频产生THz 波的研究现状  16-22
  1.3 THz 传输波导的类型及研究现状  22-28
  1.4 本课题选题的背景与研究内容  28-31
第二章差频过程的理论分析  31-49
  2.1 差频过程的微观动力学分析  31-37
  2.2 差频晶体的选择  37-42
  2.3 差频晶体相位匹配技术的研究  42-48
  本章小结  48-49
第三章 GaSe 差频产生THz 的实验研究  49-67
  3.1 GaSe晶体差频产生THz 波的相位匹配  49-52
  3.2 1.064μm 双波长差频产生THz 波的实验研究  52-60
  3.3 2.128μm 双波长差频产生THz 波的实验研究  60-64
  本章小结  64-67
第四章 GaSe 差频产生8-19μm 宽带可调谐中红外辐射的研究  67-83
  4.1 常用的中红外晶体材料  67-70
  4.2 GaSe差频产生中红外辐射理论分析  70-74
  4.3 2.1μm 双波长内腔KTP 光学参量器的实验研究  74-77
  4.4 2.1μm 双波长差频产生中红外辐射的实验研究  77-81
  本章小结  81-83
第五章 THz 波金属镀层空芯波导  83-101
  5.1 金属镀层空心波导的理论设计与分析  84-92
  5.2 镀银/介质膜空心THz 波导的理论分析  92-99
  本章小结  99-101
第六章低损耗THz 微结构光纤的设计  101-127
  6.1 全矢量二维频域有限差分方法  102-105
  6.2 塑料THz 光子晶体光纤的设计与分析  105-113
  6.3 塑料THz 波光子带隙光纤  113-120
  6.4 基于六角空气孔的塑料空芯THz 光子带隙光纤的研究  120-126
  本章小结  126-127
参考文献  127-145
发表论文和科研情况说明  145-147
致谢  147

太赫兹波的差频产生及低损耗传输波导的研究

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