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基于非线性晶体利用光学差频产生THz波辐射的研究

作　者: 路洋
导　师: 姚建铨
学　校: 天津大学
专　业: 物理电子学
关键词: THz波辐射 周期极化LiNbO3晶体 DAST晶体 共线、非共线差频 THz波参量振荡 双波长Nd:YAG激光器
分类号: TN011
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


THz波作为电磁波谱的最后一个研究波段,其研究,包括THz波辐射源、THz波探测和THz波的传输及应用(THz光谱,THz成像,THz无线通讯等),已成为世界各国普遍公认的重要领域。THz技术为科学技术的创新、国民经济发展和国家安全等方面提供了一个非常诱人的机遇。以美、日为首的各个发达国家正投入大量人力和物力致力于这方面的研究。积极开展THz科学技术的研究工作对我国具有重要的战略意义。其中,THz波辐射源的研究是重中之重。本研究是THz波辐射源方面研究的重要部分,即利用光子学方法获得THz波辐射。我们致力研究基于非线性光学的全固态、结构紧凑(小型化)、室温下运转、可调谐的THz波辐射源系统。这是THz技术应用研究的基础。获得THz波辐射的方法很多,主要分为电子学和光子学两个大方向,本文的研究属于光子学领域,并且主要是采用非线性光学方法,包括非线性光学差频、THz波参量振荡和光学Cherenkov辐射等。国际上,非线性光学方法获得THz波辐射的研究水平已有目共睹,其中无机晶体中非线性光学差频获得THz波辐射的峰值功率已到几个kW;THz波参量振荡获得的相干THz波辐射已应用在高精度,高速数据采集的THz波光谱仪。目前国内差频THz波输出较国际水平有很大差距;应用研究集中在THz光谱和成像方面,这方面研究由于是同国外相关单位合作,所以水平同国际相当。本文作者查阅研读了大量相关文献资料,在理论上提出了周期极化晶体THz波参量振荡新的辐射结构;并给出了差频THz波辐射相关研究结果;实验上已获得稳定的双波长线偏振态输出,达到国际最高水平,目前实验成果和进度受限于THz波探测器。本文创新点:理论上首次给出倾斜周期极化铌酸锂晶体差频侧面辐射THz波的理论模型,并根据模型进行分析研究;理论上首次提出周期极化晶体垂直侧面辐射THz波参量振荡器的实验设计方案;理论上给出LD端面泵浦1064和946 nm双波长连续振荡阈值模型,研究了温度对输出功率的影响;实验上获得国际最高水平5.12 W功率输出;实验上获得领域内端面泵浦1318.8和1338.2 nm双波长连续、准连续最高功率输出。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 THz波辐射综述  7-23
  1.1 国际现状  8-11
  1.2 国内现状  11-12
  1.3 THz波辐射的主要特征  12-13
  1.4 THz波辐射的应用  13
  1.5 THz波辐射的研究进展  13-19
  1.6 开展THz科学技术研究的战略意义  19-23
第二章 THz波科学与技术  23-37
  2.1 THz波的产生  23-28
  2.2 THz波段信号的检测  28-30
  2.3 THz波辐射功能器件  30-37
第三章 Nd:YAG双波长运转激光器  37-73
  3.1 Nd:YAG激光晶体特性  37-40
  3.2 基于普通Nd:YAG晶体的1318.8和1338.2nm双波长运转激光器  40-54
  3.3 基于离子扩散键合Nd:YAG晶体的1318.8和1338.2nm双波长运转  激光器  54-64
  3.4 基于普通Nd:YAG晶体的1064和946nm双波长运转激光器  64-73
第四章 用于差频产生THz波辐射的非线性晶体特性  73-109
  4.1 MgO:LiNbO_3晶体的特性  73-82
  4.2 DAST晶体的特性  82-109
第五章 差频产生THz波辐射理论研究  109-145
  5.1 非线性差频混频理论  109-112
  5.2 非共线侧面辐射理论  112-134
  5.3 共线端面辐射理论  134-145
第六章 基于周期极化晶体的THz波参量振荡器设计  145-161
  6.1 THz 波参量振荡简介  145-146
  6.2 采用周期极化晶体实现 THz 波参量振荡的研究  146-161
参考文献  161-173
论文发表情况  173-177
攻读硕/博士期间参加的科研项目  177-179
致谢  179

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 一般性问题 > 基础理论 > 电波传播、传播机理
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