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准相位匹配和太赫兹波的相关技术研究
作 者: 樊亮
导 师: 桑梅
学 校: 天津大学
专 业: 光电子技术
关键词: 准相位匹配 外加电场法 KTiOPO4晶体 差频 太赫兹波 时域频谱 光学声子
分类号: TN29
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
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内容摘要
准相位匹配技术是激光非线性频率变换领域的一个研究热点,在和频、差频、光参量产生、振荡、放大等方面都有重要的应用价值。本文从准相位匹配技术的基本原理出发,着重研究了外加电场法极化KTP晶体中影响周期极化KTP(PPKTP)晶体制备质量的电导率问题,自行研制了KTP晶片电导率测试电源,并进行了多片KTP晶体的电导率测试实验;对利用准相位匹配差频技术产生THz波窄带输出进行了初步研究,讨论了准相位匹配GaAs差频器件的差频增益特性;最后,利用超快光电导宽带太赫兹时域频谱系统研究了KTP晶体及其同族晶体在THz频段的介电性质,为相关晶体在THz频段的应用提供了依据。本文的主要工作如下:1、研究了在外加电场极化法制备PPKTP晶体时,电导率对极化反转的影响,提出了外加电场法对KTP晶体电导率的要求,自行设计和制备了KTP晶片电导率测试专用电源,并用该电源进行了多个KTP晶片的电导率测试实验。2、对利用准相位匹配技术通过光学差频的方法产生THz波进行了理论分析,并以GaAs晶体为例,计算了前向和后向方案其差频准相位匹配周期;研究了GaAs晶体的准相位匹配差频增益特性,讨论了差频增益系数的影响因素;分析了准相位匹配周期的误差对差频增益的影响,得出了周期的容差特性曲线。3、采用超快半导体光电导开关的宽带太赫兹时域频谱系统,得到了KTP晶体及其同族晶体RTP晶体在0.5~2.0THz频段的精确折射率,吸收系数,复介电常数等介电性质参数。研究了KTP晶体和RTP晶体在该频段的光学声子振荡特性;在晶体z轴平行于THz波电场振动方向时均发现了明显的吸收峰。利用晶体中晶格振动模式(光学声子)对光谱的选择性吸收特性和多洛仑兹振子伪谐振介电模型,很好地拟合了KTP晶体的复介电常数曲线,得到了对应晶格弱振动的光学声子的频谱参数值和KTP晶体在该频段内的色散方程。
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全文目录
中文摘要 3-4 ABSTRACT 4-7 第一章 绪论 7-15 1.1 引言 7-8 1.2 准相位匹配制备技术发展简介 8-9 1.3 准相位匹配技术在THz 研究中的应用 9-12 1.4 THz 时域频谱技术研究晶体的介电特性 12-14 1.5 论文的主要工作 14-15 第二章 准相位匹配原理及其实现 15-25 2.1 准相位匹配技术的基本原理 15-19 2.1.1 三波互作用稳态耦合波方程 15-18 2.1.2 相位匹配条件及双折射相位匹配 18-19 2.2 准相位匹配 19-22 2.3 准相位匹配的分类 22-24 2.4 准相位匹配的实现方法 24-25 第三章 KTP 晶片电导率测试电源 25-35 3.1 KTP 晶体极化分析 25-28 3.1.1 电导率与晶体极化反转的关系 25-26 3.1.2 KTP 晶体电导率的特性 26-27 3.1.3 高压极化对KTP 晶片电导率的要求 27-28 3.2 KTP 晶片电导率测试电源的设计 28-33 3.2.1 方案设定 28-29 3.2.2 电路分析 29-32 3.2.3 实验结果 32-33 3.3 KTP 晶片电导率测量实验 33-34 3.4 本章小结 34-35 第四章 准相位匹配差频产生THz 波的理论分析 35-51 4.1 准相位匹配方案的确定 35-41 4.1.1 适用于差频产生THz 波的非线性晶体 35-37 4.1.2 准相位匹配实现差频 37-39 4.1.3 准相位匹配的类型 39-41 4.2 准相位匹配差频器件周期的计算 41-45 4.2.1 对于近简并点双波长激光器差频抽运源 41-44 4.2.2 对于分立的参量振荡器的差频抽运源 44-45 4.3 THz 波的差频增益特性 45-50 4.3.1 耦合波方程及其小信号解 46-48 4.3.2 净增益的影响因素 48-49 4.3.3 相对增益与周期带宽 49-50 4.4 本章小结 50-51 第五章 晶格振动的洛伦兹介电频散关系 51-61 5.1 晶格振动的基本概念 51-52 5.1.1 晶格振动与声子 51-52 5.1.2 内振动和外振动 52 5.2 电磁辐射与晶体相互作用的电磁理论 52-57 5.2.1 基本晶格振动模 52-53 5.2.2 电磁激元 53-54 5.2.3 黄昆方程 54-56 5.2.4 纵波和横波的色散关系 56-57 5.3 洛伦兹振子介电频散关系 57-61 5.3.1 经典洛伦兹振子介电频散关系 57-58 5.3.2 洛伦兹振子模型与红外吸收光谱的关系 58-60 5.3.3 多振子介电相互作用及其吸收光谱 60-61 第六章 KTP 晶体及其同族晶体的THz 时域频谱研究 61-74 6.1 THz 时域频谱实验系统 61-62 6.2 KTP 晶体的实验结果与数据分析 62-68 6.2.1 THz 时域频谱实验结果 62-64 6.2.2 KTP 晶体THz 时域频谱实验结果的理论拟合 64-68 6.3 RTP 晶体的实验结果与数据分析 68-70 6.4 KTP 晶体和RTP 晶体的实验结果对比分析 70-72 6.5 总结和思考 72-74 全文总结 74-75 参考文献 75-84 发表论文和科研情况说明 84-85 致谢 85
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 光电子技术的应用
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