基于光学方法的太赫兹辐射源(1)(5)

时间：2025-05-01

１０期孙博等：基于光学方法的太赫兹辐射源

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光子转换效率达到３．３％［ｚ…。接着，他们利用在太赫兹波段吸收系数仅次于ＧａＳｅ晶体、经过退火处理的ＺｎＧｅＰ。（ＺＧＰ）晶体作为差频晶体，采用Ｉ类，Ⅱ类两种相位匹配配置，分别实现了１～４．５ＴＨｚ和

１．２７～４．１３ＴＨｚ的调谐范围，最大输出功率分别可

达３６Ｗ和１９Ｗ［２８｜。而采用更长退火处理、吸收系数更低的ｚＧＰ，得到了上百瓦的太赫兹波峰值输出功率和更宽的调谐范围Ｌ２９｜。经过退火处理的ＺＧＰ晶体与普通ＺＧＰ晶体相比，减小了杂质密度，但并没有改变声子模式，因此经过退火处理的ＺＧＰ的吸收系数在太赫兹波段并没有显著变化，对三波参量转换效率也没有显著改善。而它在近红外区（１～２＿ｕｍ）则具有小的吸收系数，因而它可以被两束近红外光高效抽运，并且相位匹配角比普通ＺＧＰ晶体情况下的要小。

Ｋｏｄｏ

Ｋａｗａｓｅ等利用一块双周期级联的周期

性极化铌酸锂（ＰＰＬＮ）晶体实现了双信号参量振荡，当两输出信号光的偏振态都平行于ＤＡＳＴ晶体的ｎ轴时，可利用ＤＡＳＴ晶体的最大有效非线性系数ｄｕ，差频得到太赫兹波。通过改变晶体温度或者选择合适的极化周期，可以实现ｏ．４～３ＴＨｚ较宽范围的太赫兹波输出［３０｜，如图６所示。而Ｐ．Ｅ．Ｐｏｗｅｒｓ等使用两台由ＰＰＬＮ晶体组成光学参量产生器（ＯＰＧ），使其输出波长比较相近，通过改变ＰＰＬＮ晶体的温度实现两台光学参量产生器输出波长的调谐。同时由于光学参量产生器没有谐振腔，使用两台可调谐半导体激光器作为注入种子光源，减小了光学参量产生器的输出带宽；将线宽较窄的输出光入射ＤＡＳＴ晶体进行非线性差频，得到了较宽范围的太赫兹波连续输出［３１【。此外，还有其他一

ｄｏｍａｉｎＤｅｒｉｏｄｓ

画ＤＡｓＴ

图６双周期周期性极化铌酸锂参量振荡输出差频

产生太赫兹波

Ｆｉｇ．６

Ｄｕａｌ

ｓｉｇｎａｌ—ｗａｖｅｐａｒａｍｅｔｒｉｃｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｏｆ

ＰＰＬＮｆｏｒＴＨｚ＿ｗａｖｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ

万　

方数据些利用双波长输出差频产生太赫兹波的方法，在此不再赘述。

４．２用于太赫兹辐射的差频器件及相位匹配方式

为了获得较高能量和转换效率的太赫兹波输出，选择合适的差频材料是必须的。选择应用于太赫兹波频段的非线性晶体的条件是：１）在所作用的波段范围内具有较高的透过率；２）具有高的损伤阈值；３）具有高的光学质量；４）具有大的非线性系数ｄ鲋；５）优秀的相位匹配能力；６）晶体可以大尺寸地生长。第一个条件对于应用于远红外波段频率变换的非线性晶体的选择是非常重要的。大多数非线性晶体在远红外光谱带中有非常宽的剩余辐射带

（Ｒｅｓｔｓｔｒａｈｌｅｎ

Ｂａｎｄ）或是振动带，因此它们在远红

外有较强的吸收。而那些振动带足够窄、理论上允许远红外辐射透过的非线性晶体，目前仍不能以足够高的纯度生长以避免自由载流子的吸收［３

２｜。

前面所提到的负单轴ＧａＳｅ晶体（ｄ。：一

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ｐｍ／Ｖ，透光范围ｏ．６２～２０＿ｕｍ）和正单轴

ＺｎＧｅＰ２晶体（ｄ。６—７４ｐｍ／Ｖ，透光范围ｏ．７４～１２弘ｍ），以及负单轴ｃｄｓｅ晶体（ｄ。。一１８ｐｍ／Ｖ，透光范围０．５３～１５弘ｍ），都具有较大的有效非线性系数和双折射效应，可以在很宽的波长范围内，根据晶体的色散效应和双折射效应，实现差频相位匹配，甚至ＧａＳｅ可以做成直接产生太赫兹波的光学参量振荡器。更为重要的是，它们在太赫兹波段具有很小的吸收系数，如图７所示，这对太赫兹波的耦合输出极为重要［３“３４］。

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图７可用于产生太赫兹波常用晶体的吸收光谱