高效率光學抽運太赫茲光纖雷射輻射源的關鍵技術研究

《高效率光學抽運太赫茲光纖雷射輻射源的關鍵技術研究》是依託山東科技大學，由張玉萍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高效率光學抽運太赫茲光纖雷射輻射源的關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張玉萍
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

在前期光學抽運金屬鍍層空芯光纖內氣體分子產生太赫茲波輻射研究取得重要進展基礎上，進一步在工作氣體中添加緩衝氣體，研究改變空芯光纖芯徑和添加緩衝氣體分子加快振動馳豫克服振動瓶頸的機理，實現高轉換效率的太赫茲雷射輻射源。.具體內容：（1）建立理論模型並從實驗上研究改變波導芯徑和添加緩衝氣體對振動瓶頸效應的消除作用，從根本上提高轉換效率；（2）探索通過控制光纖內泵浦光與太赫茲波傳輸模之間的模式耦合實現良好模式的太赫茲波束輸出、提高泵浦光到太赫茲波轉換效率的方法；（3）考慮光纖的柔韌性和抗壓強度，對太赫茲光纖雷射器的結構設計進行理論分析和研究，設計出符合要求的在泵浦光和太赫茲波段均低損耗的金屬鍍層THz空芯光纖；研究THz光纖壓強控制裝置；（4）研究太赫茲光纖雷射器輸出特性及其可調諧特性。本項目將為創新設計光泵THz雷射器，實現光束質量良好、高效、常溫運轉的緊湊太赫茲輻射源提供基本科學依據。

結題摘要

光抽運氣體分子產生THz雷射是得到光束質量好、輸出功率高、並能在常溫下持續、穩定輸出的實用THz源的最佳方法。本研究系統的給出光抽運氣體波導產生THz雷射的能量轉化模型和理論分析，適當減小波導芯徑與添加緩衝氣體提高能量轉化效率和輸出功率的研究，並進行紅外光抽運THz波導雷射器的設計和實驗研究。 1.對TEA脈衝雷射抽運氣體產生THz雷射的研究。基於三能級近似和半經典理論，得到THz雷射增益係數及抽運光吸收係數。計算輸出光強、抽運吸收光強、增益係數及抽運吸收係數等物理量並作分析，研究抽運功率及工作氣壓對上述物理量的影響。 2.基於振動弛豫理論提高TEA脈衝雷射產生THz雷射輸出功率的研究。研究添加緩衝氣體和適當減小波導芯徑提高THz雷射輸出光強的物理機制和理論描述，建立模型並做數值計算和分析。 3.連續波抽運重水氣體產生THz雷射抽運閾值的分析。運用半經典理論並結合三能級系統模型分析連續波抽運重水氣體產生THz雷射的能量轉化過程，得到產生THz雷射振盪的抽運閾值。 4.連續波抽運氣體波導產生THz雷射的研究。建立雷射能量轉化模型，基於速率方程理論，理論分析並求解得到抽運光吸收係數、THz小信號增益係數以及THz雷射輸出功率表達式。以CH3OH為工作氣體，數值計算上述物理量並做理論分析。 5.基於加速振動退激活提高連續波抽運氣體波導THz雷射器輸出功率的研究。理論研究添加緩衝氣體及適當減小波導芯徑提高轉化效率和THz雷射輸出功率的物理機制並作數值計算與分析,得到最佳波導芯徑及最佳緩衝氣體比例的最佳化規律。 6.抽運光與THz波耦合的研究。模式匹配有利於實現良好模式的THz波束輸出、提高轉換效率。對THz光纖的結構設計進行分析和研究。 7.雷射器器件的研究。基於格林函式法研究金屬線柵在THz波段的散射特性。研究一維和二維金屬柵網構成F-P波長測量儀，波導端鏡產生的耦合損耗，設計出抽運源和THz工作腔之間的光學隔離設備。 8.實驗方面，給出光泵THz雷射器和光纖雷射器的設計及實現過程。研究抽運功率、工作氣壓、緩衝氣體及波導芯徑對THz雷射輸出功率的影響。 本項目研究的光抽運THz光纖雷射源，將極大地促進光抽運THz輻射源的發展。