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THz波在电磁光谱中所处的位置,及其自身主要特点和在光谱学、材料学、生物医疗、通信,及国防反恐等方面广阔的应用前景,使其受到了越来越多的重视。而THz波源则是整个THz研究领域的基础。目前,对THz波源的研究主要集中在利用电子学方法和利用光学方法实现THz波辐射两方面。利用非线性光学效应产生的连续、准连续THz波的THz波源具有可以实现室温下连续、可调谐运转运转的优点。这类THz源主要分为两种:利用差频产生THz波辐射的THz源;利用晶体拉曼效应的THz参量振荡器。本论文的主要内容和创新点归纳如下:
1.概述了THz电磁波的主要特点和THz技术的发展过程。介绍了THz波的应用前景。详细论述了THz波源,特别是基于非线性光学效应的常见THz波源的发展状况、应用方向。
2.分析了常见无机非线性晶体在差频产生THz波中的特性,及所满足的相位匹配条件和调谐特性,并在KTP-OPO近简并点双波长运转差频产生THz波的情况进行理论模拟,利用ZnTe晶体可以实现0.4-2.7THz可调谐运转,相应转换效率5×10-5~25×10-5。
3.对ZnTe晶体光致表面相变进行理论分析、研究。用有限元法和加勒金法推导其相变温度的时间演变特性,并进行了数值模拟,分析比较,并求出相变近似阈值。
4.对差频产生THz波的不同理论模型进行分析、比较,并对在KTP-OPO近简并点双波长运转差频产生THz波时,THz波的空间分布情况进行理论模拟。
5.对LiNbO3晶体THz参量振荡器的运转进行理论研究,并对LiNbO3晶体的相位匹配条件,及所产生的THz波、闲频光增益进行研究,并对TPO装置的运转进行理论模拟。