基于光学方法的太赫兹辐射源(1)(6)

中国损伤阈值，可以制备出高纯度、大体积的晶体，而且具有非常高的二阶非线性系数）［旺’，但由于是光学各向同性，没有与传统相位匹配相关的双折射效应，但它们的剩余辐射带相当窄。在各向异性的非线性晶体中，光学差频过程中的抽运光ｃｃ，。，信号光叫。与差频产生的闲频光叫ｉ分别处在可见光、近红外或中红外波段，它们在非线性晶体中都处于同一条色散曲线范围内，因此可利用晶体的双折射效应和色散效应，也就是双折射相位匹配技术，就可实现差频相位匹配；而在光学各向同性晶体中，对于差频产生太赫兹波过程，抽运光和信号光处于这些半导体非线性材料的近红外窗口（图８中左侧深灰色部分），而差频产生的闲频光∞Ｔ（太赫兹波）则处于远红外窗口，在晶体剩余辐射带的另一侧，对应的折射率较大（图８中右侧浅灰色部分）。这样就有可能利用剩余辐射带色散补偿的方法来实现差频相位匹配咒。叫。

一ｎ。叫。＋ｎＴ∞Ｔ［３２｜。当然也可以利用非共线相位匹配

技术在各向同性晶体中实现相位匹配口引。

图８

ＧａＰ晶体的色散曲线及剩余辐射带

Ｆｉｇ．８

Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ

ｃｕｒｖｅｓ

ａｎｄｒｅｓｔｓｔｒａｈｌｅｎｂａｎｄｏｆＧａＰ

Ａ．Ｆｉｏｒｅ等在ＧａＡｓ／Ａ１０。波导中，通过在ＧａＡｓ晶体中插入一薄层氧化的Ａ１Ａｓ层（ＡｌＯ。），改变了ＧａＡｓ晶体的光学各向同性，形成了双折射效应［３６｜。而唯一的非线性物质仍是光学各向同性的ＧａＡｓ晶体。这就是形状双折射效应（ＦｏｒｍＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）。这个概念早在１９７５年就被Ｖａｎ

ｄｅｒ

Ｚｉｅｌ［３７］提出，但由于一直找不到具有高非线性系

数，同时又具有能满足形状双折射相位匹配所要求的高的折射率耦合物质，所以直到２０世纪末才在实验上实现。

有机ＤＡＳＴ晶体（４一Ｎ，Ｎ—ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ一４８一

Ｎ８一ｍｅｔｈｙｌ—ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ

ｔｏｓｙｌａｔｅ）是一种应用前途

十分广泛的非线性光学物质。它具有较大的非线性系数（ｄ，。一２９０～３１０ｐｍ／Ｖ，是ＬｉＮｂＯ。的数十

万　

方数据激光

倍）、电光系数，以及与ＬｉＮｂＯ。和Ｌ汀ａＯ。晶体相比，具有较低的介电常数等特点，不但十分有利于差频相位匹配以及太赫兹波的产生口８Ｉ，而且还十分适合用作对太赫兹波辐射的高速调制和探测。它目前被广泛地应用于差频产生太赫兹波的实验中。

周期极化晶体由于具有大的非线性系数、高的非线性转换效率、无走离效应等优点，目前广泛用于非线性频率变换中。而利用倾斜周期极化铌酸锂晶体作为差频晶体口９Ｉ，通过选择合适的极化晶体畴大小，就可以产生垂直于抽运光方向的太赫兹波辐射，如图９所示。这种从晶体侧面辐射太赫兹的方式可以大幅度减少晶体本身对太赫兹波的吸收，大大提高了太赫兹波的输出功率，因而成为近几年来的研究热点。

图９倾斜周期性极化铌酸锂晶体

Ｆｉｇ．９

Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ“ｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｌａｎｔ—ｓｔｒｉｐｅ—ｔｙｐｅＰＰＩ。Ｎａｎｄｔｈｅｗａｖｅ—ｖｅｃｔｏｒｄｉａｇｒａｍ

人们还利用基于光电导外差变频原理的光混频器（Ｐｈｏｔｏｍｉｘｅｒ）作为差频器件Ｌ”“引，差（拍）频产生太赫兹辐射，其工作原理与传统的非线性光学三波混频过程有所不同。这种方法是将两束强度相等、频率叫。，叫：具有微小差别的激光，聚焦于光混频器表面沉积而成的金属电极上，并在电极上施加偏置电压，这时将差频产生处于太赫兹波段范围的拍频信号（叫ＴＨ：一∞。一叫。）。被调制的激光束在光电导中被吸收，所产生的与拍频信号频率∞ＴＨ：相同的调制光电流流向螺旋形天线，辐射出太赫兹波。目前，人们通常使用外延低温生长的ＧａＡｓ（ＬＴＧ—ＧａＡｓ）材料制成光混频器，这种材料具有短的载流子寿命

（～ｏ．２５ｐｓ），高的电场击穿强度（＞５×１０５Ｖ／ｃｍ）

以及相对较高的光激发电子迁移率

（＞２００ｃｍ２ Ｖ１ ｓ．１）等优点［４０］。但它仍存在着

ＬＴＧ—ＧａＡｓ和衬底物质的高热阻、混频器和天线之