摘要
随着太赫兹（THz）技术的快速发展，其在光学成像、光谱分析、安全检测、生物医学等领域发挥着重要作用，有着良好的应用前景。但是，由于缺乏高灵敏度、室温运转的THz探测器，很大程度上限制了THz波在各个领域的应用。本论文从探测低频和高频THz波两个目标出发，设计了一种基于级联差频（CDFG）结合级联光学参量振荡（COPO）的方案，分别对低频THz波与高频THz波进行探测，主要研究内容如下： 1. 设计了一种基于 CDFG 与 COPO 相结合的低频 THz 波探测方案。通过在非周期极化铌酸锂（APPLN）晶体中导入微弱的低频 THz 波和高强度的泵浦光，产生一系列斯托克斯（Stokes）光和一系列反斯托克斯（anti-Stokes）光。经过各阶 Stokes 光在谐振腔中往返振荡，结合级联差频相位失配优化分布，使谐振腔中的Stokes光被连续地、重复地转移到高阶Stokes光（即向较低频率方向），同时产生大量的低频THz光子，然后通过调节APPLN晶体的极化周期分布将大部分高阶Stokes光能量聚集到几条Stokes谱线，同时THz光子被持续放大。通过探测THz波的强度得到THz的放大倍率，通过测量上述几条Stokes谱线的频率差得到THz波的频率。理论计算表明，本方案通过单个泵浦光子能够产生数百个低频THz光子，实现了对低频THz波的高灵敏度探测。 2. 设计了一种在晶体极化声子共振区利用级联差频在 MgO:LiNbO3 平板波导中探测高频THz波的方案。在MgO:LiNbO3平板波导中输入微弱的高频THz波和高强度的泵浦光，通过改变平板波导的包层及包芯的厚度和长度以优化相位失配分布，结合Stokes光谐振腔诱导低阶Stokes光子快速、连续地转化为高阶Stokes光子，同时THz波的强度得到大幅度提高。理论计算结果表明，本方案使用MgO:LiNbO3平板波导大幅度压缩了高频 THz 波的吸收系数，同时利用晶体极化声子共振区中较大的非线性光学系数，在不同泵浦光强度、THz 波频率及输入强度等条件下实现了高灵敏度高频 THz波探测。
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