《高效、高功率、小型化、多功能太赫茲時域頻譜儀》是依託天津大學，由柴路擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：高效、高功率、小型化、多功能太赫茲時域頻譜儀
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：柴路
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
擬在前期原理性研究成果的基礎上，完成幾項關鍵技術基礎研究：（1）提出以高功率光子晶體光纖飛秒雷射為泵浦源，實現太赫茲時域頻譜儀的高功率及小型化；（2）提出泵浦光時-空復用技術，提高儀器的整體THz波轉換效率；（3）提出光子晶體波導型THz波發射器，增加THz波發射器的工作長度，提高THz波的產生效率，實現儀器的高效、高功率THz波產生；（4）提出以螺旋面反射鏡為線性快速光學延遲線，以基於DSP快速數據處理技術，引入小波變換技術，實現儀器的快速控制及數據處理顯示；（5）集成化儀器的各單元，以模組化設計理念，實現儀器的組件化，多功能。在完成上述關鍵基礎技術研究的基礎上，完成高效、高功率、小型化、多功能太赫茲時域頻譜儀樣機。為在我國已成為最具活力的基礎科學研究的前沿領域之一的太赫茲波科學研製具有自主產權的太赫茲時域頻譜儀。
結題摘要
（1）完成項目主體：研製了基於PCF飛秒雷射系統和光學整流法的THz-TDS樣機，包括：電控箱、PCF放大器和THz-TDS三個單元。其中“電機箱”，提供“驅動、控制、保護、數據採集和處理”等多種功能；PCF放大器能夠輸出42MHz的高重複率、最短46fs (60W泵浦下)的脈衝序列；在70W泵浦條件下，實現了最高平均功率34W和50fs脈衝的輸出。THz-TDS單元集成反射式和透射式於一體，體積小和採樣快；並在21W泵浦下，實現了0.3mW的THz波輸出，這是目前同類條件下的最好結果。該樣機與現有同類技術的裝置相比，實現了高效率、高功率、小型化和多功能集成。 （2） 研究科學問題：建立了考慮晶體色散致泵浦脈衝展寬的非線性晶體輻射THz波的動力學模型，詳細分析了THz波的轉換效率與泵浦脈衝啁啾特性的關係，通過數值分析和實驗證明了：在光譜寬度和相干長度的限制內，具有負啁啾脈衝的泵浦效率更高，並給出了最佳預付負啁啾量的選取原則。據此結果，用21W負啁啾脈衝泵浦GaP晶體，獲得了0.3 mW的高功率、寬頻THz波輸出。 （3） 探索技術問題：提出使用微機械加工工藝在GaP晶體發射器表面刻劃微四稜錐抗反射層結構的思想，並通過離子注入方法對材料表面進行改性，製備出了結構良好的器件；實驗結果表明能夠將GaP晶體THz波發射器的出射效率提高16%。在此基礎上，又提出了實現寬頻抗反射微結構的三步法：設計寬頻高透射膜系，將各層薄膜轉換為光柵結構，最後將多層光柵邊緣連線平滑為微四稜台結構；新結構在0.5-5 THz寬頻範圍內對GaP晶體能達到90%的透射效率。本項目共在Opt. Lett.、Laser Phys. Lett.、JOSA B、 Appl. Opt.等國內外期刊上發表(錄用)論文17篇；培養研究生6名；授權發明專利2項。項目組積極參與國際交流，已經與俄羅斯莫斯科國立大學、匈牙利佩奇大學、英國瓦特大學的研究組建立了合作關係，進行了多方位、深層次的學術交流與合作。
