摘要
近年来，高功率、可调谐太赫兹（THz）辐射源在成像、光谱分析、安全检测、通信、军事安全等领域有重要的科研价值和广阔的应用前景，已成为世界各国研究的重点领域。高功率、高效率、结构紧凑、室温运转的太赫兹辐射源是实现上述应用的关键。基于光学差频效应和光学参量效应的太赫兹辐射源具有高功率、宽调谐、室温工作等优点，受到各研究小组的广泛关注。但目前，上述光学效应产生的太赫兹辐射源光学转换效率低严重限制了THz波在上述领域的应用。鉴于此，本文提出了一种利用优化级联差频结合光学参量振荡器产生高功率、高效率THz波的新方法，大幅度提高了THz波的转换效率。 本文的主要研究内容如下： 1．通过非线性光学三波耦合方程推导出级联光学耦合波方程，构建多波耦合作用模型。精确设置非周期极化晶体的极化波矢，在减小级联Stokes差频相位失配的同时增加级联anti-Stokes差频的相位失配，引导泵浦光子向级联Stokes频域转移，并同时抑制泵浦光子向anti-Stokes频域转移，有效提高太赫兹波能量转换效率。 2．设计了一种利用优化级联差频结合光学参量振荡器产生高功率、高效率THz波的新方法。光学参量振荡器由非周期极化铌酸锂（APPLN）晶体和蝴蝶型光学谐振腔组成。通过沿APPLN晶体长度设置所需的极化周期，可分别在级联Stokes差频过程中减少各阶差频的相位失配，在级联anti-Stokes差频过程中增加各阶差频的相位失配。通过设置光学谐振腔腔镜的反射率，将泵浦能量转移到级联Stokes频域，并同时限制其转移到anti-Stokes频域。通过将优化级联差频和光学谐振腔结合使用，可以有效增强级联Stokes差频，同时有效抑制级联anti-Stokes差频过程。理论计算表明，在100K的低温条件下，当泵浦强度为10MW/cm2时，光波到THz波的能量转换效率超过40％。本方案可应用于产生脉冲、准连续、连续THz波。
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