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太赫兹波段外腔增强激光器及波导光栅的研究

【摘要】:太赫兹波在频域上介于微波和远红外之间,处于光谱中的过渡区域。其在军事、通讯、医学等诸多领域存在巨大的潜在价值。本文依托国家自然科学基金项目“2μm光纤激光器泵浦的窄线宽m W量级连续THz源”,对外腔增强结构进行了设计与搭建,并以LBO晶体的I类倍频过程为例进行验证,实现了近3.9倍的增强系数,在3W入射光功率的情况下,获得了90m W左右的倍频光输出。同时基于表面等离子体效应,设计出太赫兹波段的波导光栅,并利用时域有限差分法(FDTD)对表面波的传播进行仿真。本论文的主要内容如下:1.介绍了太赫兹波的特性,归纳了太赫兹波在各领域中的应用,阐述了电子学和光子学这两种产生太赫兹波的方法,并总结了关于外腔增强差频太赫兹源的研究进展。2.介绍了增强腔的概念,并对四镜环形腔这种结构展开重点研究,分析了在腔的设计中需要考虑的三个因素,即稳定性条件,阻抗匹配条件以及模式匹配条件。介绍了稳腔的概念,总结了主动稳腔方案中提取误差信号的三种方法,并分别从原理上对其进行了描述。最后,将提取到的误差信号作用到PID自动控制系统得到输出信号,实现对腔长的反馈调节。3.以1064nm激光对LBO晶体的I类倍频过程为例,对四镜环形腔的增强效果进行验证。主要包括入射光偏振态的检测与修正,腔长参数的选择,环形腔结构的具体搭建,以及利用Lase Lock稳腔系统实现腔长的稳定。4.为了克服光子器件存在的衍射极限,实现电磁波在亚波长尺度上的调控,介绍了表面等离子体器件,并利用时域有限差分算法(FDTD)模拟了太赫兹表面波的传播情况。通过改变波导光栅的结构和温度达到了控制表面波传播距离的效果。

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