基于贝塞尔飞秒光束的光学整流效应产生太赫兹波的研究

摘要

太赫兹波在光谱中处于微波和红外波之间，鉴于它的独特位置，太赫兹波具有众多优良的特性，在很多领域具有广泛的应用前景。然而,当前太赫兹源的输出功率普遍较低，为了探索如何提高基于光学整流效应的太赫兹源的输出功率，本论文从入射抽运光与晶体的非线性相互作用距离的角度出发，考虑到贝塞尔光束在传输过程中中心光斑的横向尺寸保持不变，相对于传统的高斯光束，贝塞尔光束与晶体的非线性相互作用距离更长，理论上具有更高的光学整流转换效率，并通过实验对比贝塞尔光束和高斯光束产生太赫兹波的效率，对发现更高功率的太赫兹波产生方法具有重要意义。
　　论文介绍了太赫兹波相关背景、应用以及产生和探测方法等，从而提出产生高功率太赫兹波的必要性；通过分析影响光学整流效应转换效率的影响因素，能够帮助从理论上指导如何优化太赫兹波输出；为了便于对比高斯光束和贝塞尔光束产生的太赫兹时域信号的信噪比和频谱特性，首先基于高斯光束搭建了太赫兹波时域光谱系统，为后续的工作奠定了基础；接下来主要介绍了贝塞尔光束的相关基础以及主要的产生方法，并分析了实验中利用轴棱锥结构产生的贝塞尔光束的传输特性，确定了贝塞尔光束的无衍射传输范围，给出了贝塞尔光束轴上强度振荡的原因，并就实验结果做出了具体分析；通过理论上分析贝塞尔光束中心强度与高斯分布的关系，并对实验中得到的贝塞尔光束中心强度进行高斯拟合，基本符合理论预期。分别用贝塞尔光束和高斯光束抽运GaP块状晶体以及GaP波导产生太赫兹波，通过测量发现太赫兹波的空间场分布和入射贝塞尔中心强度分布一致，都符合高斯分布的特点；实验证明当贝塞尔光束中心部分和高斯光束具有相同功率时，不论在GaP块状晶体还是在GaP波导中，贝塞尔光束的太赫兹波输出效率都要高于高斯光束，相对效率和块状晶体的厚度或波导的长度相关。

目录

声明

第一章 绪论

1.1太赫兹波简介

1.2太赫兹波的特点

1.3太赫兹波的应用

1.4太赫兹技术的发展及现状

1.5太赫兹波的产生和探测

1.6本论文的主要工作

第二章 基于光学整流效应的THz-TDS系统

2.1光学整流

2.2太赫兹时域光谱系统

2.3本章小结

第三章 贝塞尔光束的产生及表征

3.1贝塞尔光束简介

3.2使用轴棱锥产生贝塞尔光束

3.3本章小结

第四章 利用贝塞尔光束基于光学整流产生太赫兹波

4.1太赫兹波横向场分布

4.2贝塞尔光束分析

4.3太赫兹波功率对比

4.4太赫兹波时域信号和频谱

4.5本章小结

第五章 利用贝塞尔光束激发GaP波导产生太赫兹波

5.1太赫兹波导发射器

5.2波导中太赫兹波横向场分布

5.3波导中太赫兹波功率对比

5.4波导中太赫兹波时域信号和频谱

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢