《基於MOPA泵浦源的高功率氣體太赫茲雷射技術研究》是依託中國工程物理研究院雷射聚變研究中心，由王度擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於MOPA泵浦源的高功率氣體太赫茲雷射技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王度
- 依託單位：中國工程物理研究院雷射聚變研究中心
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光泵氣體太赫茲雷射器（OPTL）具有功率高、光束質量好、頻率覆蓋較寬等優點，且能在室溫下長期穩定運行，是目前實用性很高的一種太赫茲源。但是，受限於缺乏高功率可調諧中紅外泵浦光源，以及對高能泵浦雷射作用下的機理研究不足等因素的制約，OPTL的輸出功率難以進一步提高。本課題在比較分析了現有高功率THz源技術的基礎上，創造性的將目前最新的高功率中紅外雷射技術引入到高功率OPTL中，即以中紅外量子級聯雷射器（QCL）作為種子源、結合射頻板條CO2雷射振盪放大（MOPA）系統得到高平均或峰值功率、脈衝波形和重複頻率可控且具有良好單色性的泵浦雷射。擬在QCL種子光在MOPA系統中的增益與光譜特性、傳輸特性、強脈衝雷射泵浦氣體分子產生強太赫茲輻射的機理、高功率太赫茲雷射器的光耦合方式與諧振腔的設計等理論與技術問題上開展研究，為高功率連續OPTL、單譜線高重頻高能脈衝OPTL的研製提供技術方案與實驗依據。
結題摘要
大功率太赫茲光源的缺乏是制約太赫茲科學研究與套用的重要因素。光泵浦分子氣體雷射器（OPMTL）是一種能在很寬的太赫茲波段實現百毫瓦以上雷射輸出的太赫茲光源。為此，本項目提出一種基於MOPA的氣體太赫茲雷射技術。為解決大功率OPMTL的結構參數設計和輸出耦合器件的光學設計，提出了一種計算太赫茲雷射器腔內模式的方法；建立了太赫茲雷射器波導腔的腔內模式計算模型，基於該模型可以用數值方法對諧振腔參數進行最佳化，精確控制腔內振盪模式的階數；在此基礎上，提出針對大功率太赫茲雷射器的輸出耦合器設計方法，該方法採用高階模振盪，並巧妙的將高階模振幅的第一零點與輸出耦合器小孔邊緣重合，可以有效抑制硬邊衍射的影響，提高輸出光束質量，實驗獲得了M2因子1.15的準基模輸出。為解決大功率太赫茲雷射高透過率元器件問題，首次提出了一種在太赫茲波段石英晶體表面製備抗反射亞波長結構的新方法，成功實現了太赫茲寬頻增透器件。該方法利用CO2雷射在石英晶體上製備了亞波長陣列微結構，最大增透頻寬為0.32THz～1.9THz，透射率大於90%。設計並研製了大功率金屬波導、石英波導連續OPMTL實驗樣機兩台，並進行了相關參數最佳化，在2.52THz最高輸出功率150 mW、3.11THz最高輸出功率31 mW、5.24THz最高輸出功率45.6mW，其中2.52 THz頻點處光子轉換效率8.4%，10 min內功率波動約為±2%，研究工作及相關實驗結果為大功率OPMTL的設計、研製與最佳化提供了參考。最後在自製的OPMTL實驗樣機上進行了太赫茲高分辨成像實驗研究，其中基於5.24THz的成像系統首次實現了太赫茲全息亞波長成像解析度(0.7λ)，優於40um的成像解析度遠好於當前國際上的最好結果。
