太赫兹波参量振荡器频率调谐技术的基础研究

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研制出稳定高效、结构紧凑、高能量输出、可室温运转的太赫兹波源,一直是太赫兹波应用技术发展的关键技术之一和研究热点。本文对基于受激电磁耦子散射过程的太赫兹波参量振荡器(Terahertz wave parametric oscillator—TPO)的频率调谐技术进行了系统地研究。太赫兹波参量振荡器具有频率调谐范围宽,实验结构简单紧凑,成本低廉等显著优点。因此它可以被广泛应用于精细光谱分析、医学成像、空间通讯等多种太赫兹波应用技术中。如何提高太赫兹波参量振荡器在频率调谐范围、增益特性和输出方向性等方面的性能,进一步挖掘其应用潜力,一直为相关科研人员所关注。在本文中,我们以LiNbO3(LN)、LiTaO3(LT)和KTP晶体作为工作介质,对太赫兹波参量振荡器分别在角度调谐技术、泵浦波长调谐技术和电场调谐技术时的工作运转特性进行了理论研究,并进行了对比分析。研究结果表明,采用角度调谐技术时,与LT-TPO相比,LN-TPO具有更宽太赫兹波频率调谐宽度及更高的增益系数;KTP-TPO在角度调谐技术下只能间断地连续调谐太赫兹波频率,其输出的太赫兹波在远离低频晶格振动模频率处具有较高的增益系数,其输出方向特性比较复杂,但总体稳定性较好。在采用泵浦波长调谐技术时,LN-TPO可以获得较大的太赫兹波频率调谐宽度和较高的太赫兹波参量增益,而LT-TPO的太赫兹波输出方向则要相对更加稳定。采用泵浦波长调谐技术的KTP-TPO,产生的太赫兹波只能间断地连续调谐,其太赫兹波增益特性及输出方向特性都是比较复杂的,不同的晶格振动模对应产生的太赫兹波的增益和输出方向特性各不相同。另外,由于LN是一种电光晶体,通过对LN晶体Z轴方向上施加电场,可以改变晶体的折射率。我们尝试性地探索了在LN晶体上施加电场时,实现TPO频率调谐输出的可行性问题,并对其增益过程进行了分析。本论文的理论计算结果,对从实验上进一步改善和提高TPO工作运转特性提供了必要的理论支持和数据参考。
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