【摘 要】
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中远红外波段在军事国防、生物医学、物质鉴定等领域具有重要应用价值与潜力。高性能可调谐中远红外辐射源是以上应用的重要保证。非线性光学频率变换技术是产生可调谐中远红外激光的有效方法之一。当前中红外及THz波段非线性光学晶体种类相对较少,限制了中远红外辐射源的调谐范围与转换效率。本文针对新型BaGa4Se7晶体以及DAST等有机晶体,研究了其在中远红外波段非线性光学特性,理论分析了其在可调谐中红外及TH
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中远红外波段在军事国防、生物医学、物质鉴定等领域具有重要应用价值与潜力。高性能可调谐中远红外辐射源是以上应用的重要保证。非线性光学频率变换技术是产生可调谐中远红外激光的有效方法之一。当前中红外及THz波段非线性光学晶体种类相对较少,限制了中远红外辐射源的调谐范围与转换效率。本文针对新型BaGa4Se7晶体以及DAST等有机晶体,研究了其在中远红外波段非线性光学特性,理论分析了其在可调谐中红外及THz波产生方面的高效非线性动力学过程等关键技术,优化设计泵浦方式、相位匹配方式、调谐方式等参数,实现了高效、宽调谐的中红外以及THz辐射源。论文的主要内容与创新点如下:1、基于BaGa4Se7晶体的可调谐中红外辐射源理论与实验研究。针对BaGa4Se7晶体光学特性,理论研究了基于角度调谐方式的中红外宽调谐特性,结合耦合波方程以及OPO理论分析了不同泵浦参数以及腔型结构下的非线性三波互作用过程以及高效输出方法。实现了具有较平坦调谐特性的中红外差频辐射源,调谐范围为3.36-4.27μm,最大单脉冲能量达到5.72m J;实现了高转换效率的中红外OPO,调谐范围为3.9-5.1μm以及8-14μm,11μm处单脉冲能量达到1.05m J。2、基于BaGa4Se7晶体的内腔串联中红外光学参量振荡器研究。基于串联式OPO结构,研究内腔泵浦条件下BaGa4Se7晶体中的多模式组合调谐技术,搭建了以双谐振单通KTP-OPO为第一级OPO的内腔串联中红外BaGa4Se7-OPO并实现了可调谐中红外输出,调谐范围为4.1-4.5μm,最大单脉冲能量达1.92m J。3、基于DAST晶体的超宽带可调谐差频THz辐射源理论与实验研究。基于DAST晶体红外与超宽带THz光学特性,解决超宽带相位匹配问题,理论研究并优化了差频方法中非线性动力学过程。实现了超宽带可调谐THz波输出,调谐范围达到0.1-20THz,输出能量达到μJ量级,并开展超宽带THz光谱应用研究。4、新型有机晶体超宽带可调谐THz辐射源的实验研究。基于四种新型有机晶体各异的光学特性,研究不同晶体的超宽带相位匹配技术与各自调谐输出特性,根据输出优势波段设计差频过程参数,并分别实现了超宽带可调谐THz波输出。
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