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光泵重水气体分子产生THz激光辐射技术的研究

作　者: 何志红
导　师: 王瑞康；姚建铨
学　校: 天津大学
专　业: 光电子技术
关键词: 太赫兹(THz)激光光学泵浦重水气体分子半经典理论受激Raman发射缓冲气体
分类号: TN241
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 138次
引　用: 4次
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内容摘要

太赫兹波(THz,1THz=1012Hz)是指频率范围从100GHz到10THz,相应的波长范围从30μm到3mm,介于毫米波和红外光之间的电磁波。太赫兹频段是一个非常具有科学价值但尚未开发的电磁辐射区域,近年来,随着对整个电磁波谱研究的深入及完善,以及科学技术的进步,对该领域的研究工作日益重视,太赫兹激光在成像、医学诊断、环境科学、信息通信及基础物理研究领域有着广阔的应用前景和应用价值。国内外的研究状况表明,获得高功率、低造价和小型化的室温运转的THz辐射源是THz研究领域的前沿和重点之一。本文主要研究光泵重水气体分子产生THz激光辐射技术,着重研究了所产生的385μm波长THz激光辐射。本论文的主要创新点可以归纳如下:1.从D2O气体分子的结构性质出发,运用半经典密度矩阵理论,采用三能级系统模型对光泵重水气体产生THz激光(输出波长为385μm)的原理进行了详尽的理论分析和数值计算,理论分析计算与实验结果具有较好的一致性。2.根据对光泵重水气体THz激光器中泵浦源入射光强度和THz信号出射光强度之间关系的研究,提出了表明THz信号出射光强度和泵浦源入射光强度之间的拟合函数,并对其频率调谐特性进行了研究,得到调谐曲线;对光泵重水气体THz激光器的最佳工作参数进行了研究分析;对添加缓冲气体的影响进行了分析;据此可设计相对较高能量转换效率达到最佳工作运行状态的光泵重水气体THz激光器。3.实验研制了一种紧凑型工作腔长可变的超辐射光泵重水气体THz激光器系统,激光器系统由泵浦源TEA-CO2激光器、D2O气体分子THz激光工作腔、测量系统以及真空系统组成。实验中使用了范围在80-150cm的可变长度的THz激光工作腔,实验得到了波长为385μm(对应频率约0.78THz),脉冲宽度为100ns,峰值功率百瓦量级(对比估测值)的THz激光脉冲信号输出。4.实验研制了带自动控制功能的F-P干涉仪测量系统,设计加工适合THz波段的金属网栅构建干涉装置,使用计算机对整个系统进行控制,可完成THz激光波形测试,THz激光波长测试,THz激光信号强度测试,并与泵浦光强进行比照测试,实时监测,获得了较好的结果。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 THz 波技术综述  7-23
  1.1 THz 波技术研究历史  8-9
  1.2 THz波技术的国内外研究现状  9-14
  1.3 THz波技术的应用概况和前景  14-21
  1.4 THz科学技术研究的战略意义  21-23
第二章 THz 波器件的研究  23-42
  2.1 THz 波辐射源的分类  23-31
  2.2 光泵THz激光辐射源的研究情况  31-33
  2.3 光泵THz 激光辐射技术的研究发展趋势  33-35
  2.4 THz波信号的探测  35-36
  2.5 THz波段功能器件和材料  36-39
  2.6 本论文的主要研究内容  39-42
第三章光泵重水气体产生 THz 激光辐射理论研究  42-81
  3.1 激光理论简介  42-47
  3.2 半经典密度矩阵理论  47-55
  3.3 光泵重水气体分子产生THz激光基本原理  55-57
  3.4 能级跃迁选择定则  57-58
  3.5 光泵过程中的非线性效应  58-60
  3.6 重水气体分子结构与三能级跃迁模型  60-75
  3.7 数值计算模型  75-81
第四章光泵重水气体THz 激光器工作参数设计研究  81-96
  4.1 泵浦源的影响分析  81-86
  4.2 重水气体工作参数  86-87
  4.3 工作腔参数分析  87-96
第五章光泵重水气体产生 THz 激光的实验研究  96-109
  5.1 实验装置系统  96-98
  5.2 自动控制测量系统  98-105
  5.3 激光器工作参数实验研究  105-109
第六章添加缓冲气体的影响分析  109-122
  6.1 振动瓶颈效应  109-110
  6.2 缓冲气体作用模型  110-112
  6.3 综合驰豫时间  112-115
  6.4 缓冲气体对激光能量交换的影响  115-118
  6.5 混合气体比例  118-122
第七章全文总结与展望  122-126
附录：重水气体分子能级表  126-138
参考文献  138-154
攻读博士学位期间发表论文和科研情况  154-156
致谢  156

光泵重水气体分子产生THz激光辐射技术的研究

内容摘要

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