论文部分内容阅读
太赫兹波(THz)通常定义为频率从0.1-10THz范围内的电磁波，又叫T射线，现在研究较多的是中心区在0.3-3.0THz范围内，介于远红外和微波之间。太赫兹波技术在物理、化学、生命科学等基础研究领域，以及医学成像、安全检查、产品检测、空间通信、武器制导等应用研究领域都具有十分重要的研究价值和广泛的应用前景，为科学技术的创新、国民经济发展和国家安全等方面提供了一个非常诱人的机遇。积极开展THz科学技术的研究工作对我国具有重要的战略意义。其中太赫兹波辐射源技术的发展是推动太赫兹技术及其相关交叉学科迅速发展的关键。利用非线性光学差频方法和基于晶格振动模受激电磁耦极子散射过程的太赫兹参量发生器产生的THz波辐射，具有高能量、高相干性、单频、可宽范围调谐，以及实验装置结构简单、易于操作、可室温运转等优点，因此成为我们研究的重点，其主要工作如下：
1.从晶格振动光谱学中的基本概念出发，分析了电磁耦合场量子的形成以及描述了它的受激喇曼散射和色散曲线的意义，并结合受激电磁耦极子色散特性和拉曼散射的几何配置关系，为太赫兹波参量发生器(TPG)系统采用前向散射的相位匹配方式提供了理论依据。
2.从理论上详细研究了与晶格振动有关的受激电磁耦极子散射产生THz波的基本原理，并运用Sussman、Henry和Garrett经典的波耦合方法来描述电磁耦合场量子的受激散射，通过结合Kleinman提出的能量密度方法和慢变振幅近似，推导出THz波参量增益的表达式，并对在此过程中所涉及的THz波损耗以及泵浦功率、阻尼系数对THz增益的影响等问题进行了详细的数值计算。
3.对由Mg0：LiNb03晶体组成的TPG进行了初步的实验研究，在未注入种子时得到了1068～1075 nm的Stokes光宽带光谱，测得的最高Stokes能量值为90μJ；通过种子注入技术和角度调谐技术获得了1069～1075 nm相干窄带、连续可调谐的Stokes光输出，实验证明了1.3～2.7 THz的THz波产生(波长范围111～284μm)，测得的最高Stokes光能量为1.8mJ，能量同比增长20倍阈值下降26％，此时产生的THz波约为139mW，转换效率约为η≈1.58×10-9，与同方法的其它文献相比具有相同量级的转换效率。另外，实验测得的Stokes增益系数gs≈4cm-1与考虑综合因素后的有效理论值gs≈6cm-1基本相同。