高平均功率小型化超快THz輻射源.pdf

1、超快THz技術(shù)有望在未來的基礎(chǔ)科學(xué)研究、國土安全和生物醫(yī)療等眾多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，而緊湊、穩(wěn)定的高功率超快THz輻射源則是實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用的關(guān)鍵。
　　 本論文致力于實(shí)現(xiàn)一種體積緊湊、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定的高平均功率超快THz輻射源。圍繞光學(xué)整流方法產(chǎn)生超快THz波過程中諸多影響轉(zhuǎn)換效率的因素，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，依托光子晶體光纖飛秒激光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了緊湊的高平均功率超快THz輻射源；同時(shí)研究了在高功率運(yùn)轉(zhuǎn)條件下與THz波產(chǎn)生伴生

2、的各種非線性過程，設(shè)計(jì)了新型的THz發(fā)射器。論文主要工作如下：
　　 1、詳細(xì)分析了飛秒激光脈沖通過光學(xué)整流在非線性晶體中產(chǎn)生超快THz波過程中各種影響轉(zhuǎn)換效率的因素，使用高功率的全光子晶體光纖飛秒激光系統(tǒng)作為THz波的激發(fā)源，采用單級(jí)放大結(jié)構(gòu)，充分利用放大級(jí)增益光纖的色散效應(yīng)省掉CPA的脈沖展寬器，縮小了系統(tǒng)的體積，利用SPM效應(yīng)展寬光譜，獲得很窄的脈沖，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。
　　 2、系統(tǒng)研究了本征GaP晶體的非線性特性。

3、運(yùn)用Z-scan方法測(cè)量了GaP晶體的非線性折射率系數(shù)；首次判定了其在1040 nm飛秒激光泵浦條件下非線性吸收的類型為三光子吸收，測(cè)量了其非線性吸收系數(shù)；測(cè)量了晶體表面飛秒激光損傷閾值；研究了GaP晶體的二次諧波和三次諧波特性。
　　 3、搭建緊湊的THz波源，選用3 mm厚的GaP晶體作為發(fā)射器，首先使用THz-TDS優(yōu)化晶體發(fā)射角、泵光脈寬、泵浦光斑面積等參數(shù)，再使用Golay-cell探測(cè)器在室溫下測(cè)量功率指標(biāo)，優(yōu)化后的

4、系統(tǒng)輻射出163μW高平均功率高重復(fù)頻率的超快THz波，為使用普通光纖飛秒放大器作為泵源結(jié)果的25倍。
　　 4、利用等效折射率漸變?cè)碓O(shè)計(jì)了具有棱錐型微結(jié)構(gòu)增透層的塊狀THz發(fā)射器，通過實(shí)驗(yàn)證明這種發(fā)射器對(duì)產(chǎn)生的THz波耦合輸出效率更高，且微結(jié)構(gòu)面能有效散射剩余泵浦光，利于系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　 5、通過調(diào)節(jié)泵浦光脈沖寬度實(shí)現(xiàn)了THz頻譜調(diào)諧，輸出的THz脈沖頻譜陡峭，調(diào)諧手段非常方便；設(shè)計(jì)了矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的發(fā)射器陣列，以實(shí)