基于PPLN晶体的太赫兹波源特性研究

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THz波具有宽带性、互补性、瞬态性、相干性等独特的性质,在隐身与反隐身技术为代表的国防科技领域有广泛的应用前景。目前对太赫兹的研究方向主要集中在太赫兹源、太赫兹光谱系统、太赫兹波导以及太赫兹隐身等方向。基于差频的太赫兹源是通过两束波长接近、相干性好的激光在非线性晶体中差频得到太赫兹波,具有高频率、大调谐范围的特点,同时,也存在着泵浦装置体积大,操作复杂,需多台泵浦源等缺点。如果利用光纤激光器作为参量振荡器的种子源,能够使产生装置进一步小型化、集约化,在通信波段1550nm附近输出双波长进行差频能够获得太赫兹可调谐输出。  本研究提出了一种在1550nm波段利用周期极化的铌酸锂晶体PPLN进行非线性差频的太赫兹波发生装置DFG,具有结构相对简单、成本较低、室温下可运转、调谐方式灵活多变等特点,是获得太赫兹波源的有效手段,为将来基于参量振荡、参量发生的大功率太赫兹源的工作打下基础,具有十分广泛的应用前景。  论文的主要工作有:  (1)建立了非线性介质中满足相位匹配条件时三波相互作用的理论模型,研究了在慢变幅度近似条件下产生的功率耦合以及利用准相位匹配技术产生太赫兹辐射的机理,推导了平面波模型下的耦合波方程,得出了产生太赫兹辐射所需的条件;  (2)基于掺杂的周期极化铌酸锂晶体PPMgLN和准相位匹配理论,设计出了端面辐射的共线准相位匹配DFG结构,分析了太赫兹波段的晶体折射率、出射功率、转换效率、线宽和光斑大小的影响、允许带宽、相干长度、容差能力、晶体吸收特性、温度调谐特性等特性,优化了太赫兹差频产生装置的结构;  (3)结合PPMgLN晶体的特性,利用1550nm波段的双波长激光器搭建了实验平台,得到了线宽9kHz、波长分别为1546nm和1555nm、差频频率处于太赫兹波段的稳定的双波长输出,为基于PPMgLN差频产生和参量振荡的大功率太赫兹源奠定了基础。
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