【摘 要】
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太赫兹波在光谱检测与医学成像等领域具有重要应用价值。小型化高重频太赫兹源能够缩减仪器设备的体积和成本,方便操作,且具有高平均功率及高采样速率等优势,是目前太赫兹源研究的重要方向之一。非线性光学差频技术具有成本低、装置简单、调谐范围宽、无阈值和室温运转等特点,是实现小型化高重频太赫兹源的重要途径。本文围绕这一课题开展研究工作,主要工作内容和创新点如下:1、基于端面泵浦的内腔光学参量振荡器,以Nd:Y
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太赫兹波在光谱检测与医学成像等领域具有重要应用价值。小型化高重频太赫兹源能够缩减仪器设备的体积和成本,方便操作,且具有高平均功率及高采样速率等优势,是目前太赫兹源研究的重要方向之一。非线性光学差频技术具有成本低、装置简单、调谐范围宽、无阈值和室温运转等特点,是实现小型化高重频太赫兹源的重要途径。本文围绕这一课题开展研究工作,主要工作内容和创新点如下:1、基于端面泵浦的内腔光学参量振荡器,以Nd:YVO4和Nd:YLF作为激光介质,利用KTP和PPLN晶体进行实验,获得了最高4.15W的2μm双波长输出,脉冲重复频率25k Hz左右,波长调谐范围1.92-2.38μm,光光转换效率达22.5%,是已报道同类激光系统的最好结果。将上述双波长激光在QPM-GaAs与Ga Se晶体内差频,实现了最高功率1.8μW,调谐范围0.24-3.78THz的太赫兹波输出,整个系统长度在180mm以内,并成功用于材料光谱分析与多光谱成像。2、设计了以GaAs为主要材料的混合脊型波导,采用2μm与10μm双波长激光器作为泵浦源,理论计算了差频产生太赫兹波的输出特性。通过改变波导的结构参数,太赫兹波可在1.59-2.66THz内实现单色调谐输出,最高的输出功率56.16μW,转换效率5.62×10-5W-1,比传统块状晶体差频的转换效率提高了近两个数量级。波导结构可应用于集成光学系统,设计更为灵活,是实现小型化差频太赫兹源的理想选择。3、通过对量子阱材料进行合理的设计,在中红外双波长量子级联激光器中引入了能够实现差频的能级结构,有源层分别采用束缚态到连续态跃迁结构与双上能级结构,利用外腔双光栅调谐与切伦科夫辐射等技术,实现了重复频率30k Hz,峰值功率65.2μW的太赫兹波输出,调谐范围为2.25-4.5THz。内腔差频太赫兹量子级联激光器能够室温工作,可为集成化系统提供小型的高重频太赫兹源。
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