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TEA CO_2激光抽运重水太赫兹激光器超辐射实验研究

作　者: 徐洪涛
导　师: 曲彦臣
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: TEA CO2激光器 重水(D2O)气体 太赫兹激光器 光抽运
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


太赫兹激光具有很多独特的性质, THz技术在医学、通信、国防、工业生产、成像等方面应用前景广阔,但由于有效辐射源的缺乏,使得THz技术目前尚未被完全的开发。实现光束质量好、输出能量大、激光稳定输出、小型化的激光辐射源一直以来都是国内外在该方向的研究重点。光抽运THz激光器具有光束质量好,输出功率高,可以采用脉冲激励和连续激励两种方法,理论上可实现频率调谐等优点,目前仍然是技术成熟、可靠性高、比较实用的辐射源。本论文在理论和实验上对TEA CO2激光器抽运重水气体介质（D2O）产生THz激光器进行了研究。在理论研究方面,采用半经典密度矩阵理论,分析了光抽运重水气体三能级系统模型,从密度矩阵运动方程出发,与经典电磁波方程联立求解,得出THz激光信号增益系数和抽运光吸收系数方程。理论上分析了光抽运THz激光器腔式输出耦合镜透过率理论仿真模型,并进行了数值模拟,讨论了金属网栅物理参数包括衬底厚度、线宽、周期常数等对透过率的影响,分别得出了在中心波长处,线宽以及周期常数对透射率调谐的关系,为后续腔式实验提供了设计依据。在实验研究方面,研究了TEA CO2激光器分别在多横模和基横模输出下,THz激光输出能量随工作气压、抽运能量的变化规律,给出了最佳工作气压以及光光转化效率随抽运能量变化的趋势,给出了低气压时重水气体对抽运光吸收饱和效应规律。实验获得了波长为385μm,脉冲宽度为50ns的THz激光脉冲输出,设计了法布里-珀罗（Fabry-Perot）干涉仪THz激光波长测量系统。获得了THz激光光斑的能量分布曲线。实验测量了TEA CO2激光器多横模和基横模输出下, THz激光脉冲波形和抽运光脉冲波形以及抽运光的光斑大小。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 本课题的研究目的和意义  9-10
  1.2 THz波辐射源的产生方法  10-11
  1.3 光抽运THz激光器的国内外研究状况  11-16
    1.3.1 国外研究概况  11-14
    1.3.2 国内研究概况  14-16
第2章 光抽运重水气体介质产生THz激光辐射的理论研究  16-26
  2.1 引言  16
  2.2 半经典密度矩阵理论  16-20
    2.2.1 密度矩阵的定义和性质  17-18
    2.2.2 密度矩阵的运动方程  18-20
  2.3 经典激光辐射电磁场方程求解介质增益系数  20-21
  2.4 光抽运重水气体产生THz波的基本原理  21-22
  2.5 光抽运重水气体产生THz波的三能级跃迁模型  22-25
  2.6 本章小结  25-26
第3章 THz输出窗口光学特性研究  26-36
  3.1 引言  26
  3.2 硅基底电容型金属网栅光学性能研究  26-27
  3.3 硅基底金属网栅的透过率理论仿真  27-35
    3.3.1 电容型方格金属网栅透过率等效电路模型  29-31
    3.3.2 硅基底金属网栅透过率数值模拟  31-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章 光抽运THz激光器激光参数测量研究  36-47
  4.1 引言  36
  4.2 光抽运THz激光器实验装置  36-38
  4.3 抽运源激光参数测量  38-41
    4.3.1 C0_2 激光器多横模下光斑测量  38-39
    4.3.2 C0_2 激光器基横模下光斑测量  39-40
    4.3.3 C0_2 激光波形测量  40-41
  4.4 THz激光信号波长测量  41-44
    4.4.1 波长测量装置  41-42
    4.4.2 波长测量理论模型  42
    4.4.3 实验的搭建  42-43
    4.4.4 实验结果及其分析  43-44
  4.5 THz激光参数测量  44-46
    4.5.1 THz激光信号输出光斑测量  44-45
    4.5.2 THz激光脉宽测量  45-46
  4.6 本章小结  46-47
第5章 光抽运THz激光器工作参数实验研究  47-57
  5.1 引言  47
  5.2 抽运能量对THz激光能量输出的影响  47-51
    5.2.1 多横模输出对THz能量输出的影响  48-49
    5.2.2 基横模输出对THz能量输出的影响  49-51
  5.3 工作气压对THz激光能量输出的影响  51-55
    5.3.1 重水气体分子饱和蒸汽压值  51-52
    5.3.2 多横模输出时气压对THz能量输出的影响  52-53
    5.3.3 基横模输出时气压对THz能量输出的影响  53-55
  5.4 本章小结  55-57
结论  57-58
参考文献  58-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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