《鈮酸鋰參量過程太赫茲頻譜系統時域理論及實驗》是依託華中科技大學，由劉勁松擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鈮酸鋰參量過程太赫茲頻譜系統時域理論及實驗
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉勁松
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
太赫茲波對非極性物質，如布料、藥品、毒品、病毒和建材等，具有很高的透射性，通過測量太赫茲透射譜，能夠實現對這些材料的無損探測、品質評估和真假甄別，市場前景巨大。目前的太赫茲頻譜系統，存在著價格昂貴、使用成本高、體積大等弱點，有必要提出新的原理和設計思路來實現新型太赫茲頻譜儀。本項目提出將鈮酸鋰參量振盪器作為頻率可調諧太赫茲波輻射源，將鈮酸鋰參量轉換/放大器作為太赫茲波探測器，集成二者構成一種新型的太赫茲頻譜系統。從非線性光學的基本理論和鈮酸鋰晶體受激電磁耦子散射理論出發，建立時域理論，描述系統的時間特性和頻譜特性，並利用鈮酸鋰晶體搭建實驗系統開展實驗研究，為實現這種新型太赫茲頻譜儀提供理論基礎和實驗依據。本項目的創新之處體現在集成創新和理論創新兩個方面，不僅可望開發出具有自主智慧財產權的新型太赫頻譜儀，具有廣闊的套用前景，而且能夠豐富太赫茲光電子學的內容，具有重要的學術價值和科學意義。
結題摘要
太赫茲波產生與探測技術的發展是推動太赫茲技術及其相關交叉學科迅速發展的主要關鍵技術之一。基於晶格振動模受激電磁耦子散射過程的太赫茲參量振盪器，被認為是一種行之有效的可以產生相干性好、窄帶單頻、連續可調諧太赫茲輻射的發生與探測技術，具有裝置簡單、結構緊湊、價格低廉、易於操作、可室溫運轉等優點。本項目根據受激電磁耦子散射原理，對基於鈮酸鋰晶體和鉭酸鋰晶體的太赫茲波參量振盪器進行了詳細的理論和實驗研究，得到了一系列有意義的研究結果。本項目取得的主要創新成果是： 1、從非共線受激電磁耦子散射的基本原理出發，對基於鈮酸鋰晶體組成的太赫茲波參量振盪器，在泵浦波長調諧方式與角度調諧方式下，對調諧輸出特性、基於矽稜鏡陣列情況下的耦合輸出方向特性以及太赫茲波的增益特性等進行了理論研究； 2、通過改進傳統實驗裝置，對鈮酸鋰晶體太赫茲參量振盪器進行了實驗研究。首次提出了利用參量振盪器的殘餘泵浦光與其連續可調諧Stokes光組成雙波長差頻泵浦源，激勵非線性晶體產生太赫茲波； 3、首次將角錐稜鏡諧振腔運用到參量振盪器中，提高了抗失調性能，同時實現了一種頻率調諧方法---只需旋轉輸出腔鏡就可實現太赫茲波頻率的連續調諧。 4、提出了一種時域理論模型，描述準單色納秒太赫茲探測器的時間特性。數值分析表明：輸出閒頻光的能量和寬度正比於入射太赫茲脈衝的能量和寬度，與他人的實驗結果相吻合。這一嚴格的理論模型可用來指導、設計和最佳化基於參量振盪的相干太赫茲探測器。 5、建立了太赫茲參量振盪器泵浦閾值的理論模型，並進行了實驗驗證，觀測到與理論分析相一致的實驗結果。 6、從非線性耦合波方程出發，建立了基於鈮酸鋰晶體參量過程探測太赫茲波的穩態及時域理論模型，證明了探測單元輸出的上轉換信號的強度與被探測太赫茲波的強度存線上性關係，並能計算出給定條件下入射太赫茲波脈衝寬度的理論值，與實驗觀測結果相吻合。 7、基於鈮酸鋰晶體參量振盪原理，搭建了太赫茲波產生與探測系統，可在室溫下實現高靈敏度的探測，擁有ns量級的時間解析度。有望將這種技術從目前對準單色太赫茲波的探測擴展為0.8~2.5THz範圍內任意頻率的探測，實現一種新型太赫茲波頻譜儀。
