【摘 要】
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太赫兹波由于其独特的电磁频谱特性,在生物医学诊断、通信及雷达探测等领域具有重要的研究价值和应用前景。高性能太赫兹波辐射源是太赫兹波应用的关键技术基础,而太赫兹波参量辐射源由于兼具宽频率调谐范围和高功率单色太赫兹波输出,且拥有体积小、结构紧凑和室温工作等优点,是目前太赫兹波辐射源的重要研究方向之一。本文围绕太赫兹波参量辐射源的频率连续可调谐和输出能量特性等关键问题,对非线性晶体中基于受激电磁耦子散射
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太赫兹波由于其独特的电磁频谱特性,在生物医学诊断、通信及雷达探测等领域具有重要的研究价值和应用前景。高性能太赫兹波辐射源是太赫兹波应用的关键技术基础,而太赫兹波参量辐射源由于兼具宽频率调谐范围和高功率单色太赫兹波输出,且拥有体积小、结构紧凑和室温工作等优点,是目前太赫兹波辐射源的重要研究方向之一。本文围绕太赫兹波参量辐射源的频率连续可调谐和输出能量特性等关键问题,对非线性晶体中基于受激电磁耦子散射（SPS）的宽带相位匹配及高增益泵浦技术进行了理论和实验研究,实现了宽调谐范围、高能量的高性能太赫兹辐射源,并应用于雷达散射特性表征。主要工作内容和创新点如下:1、研究了基于铌酸锂晶体的宽带高能量太赫兹参量产生技术。理论分析不同化学计量比铌酸锂晶体的介电、拉曼特性对基于SPS的太赫兹波频率调谐范围和转换效率的影响,实验设计循环泵浦技术,提高太赫兹波转换效率;与传统同成分铌酸锂（CLN）晶体相比,近化学计量比铌酸锂（SLN）晶体将太赫兹频率调谐上限从3THz扩展至4.64THz,并在1.6THz处提高太赫兹波能量2.75倍。2、研究了基于多模SPS的可调谐双色太赫兹波参量产生技术。理论分析了多模SPS中泵浦波长对双色太赫兹波相位匹配调谐及增益特性的影响,实验上利用双波长激光泵浦磷酸钛氧钾（KTP）晶体,通过同时激发不同A1振动模的SPS实现双色太赫兹波输出,其频率调谐范围为3.15-11.63THz和1.47-6.03THz,且双色太赫兹波之间输出能量比例任意可调。3、研究了基于相干SPS的太赫兹波参量产生技术。理论分析了非线性极化率共振增强效应对太赫兹波产生过程中参量效应和级联SPS效应的影响;实验上利用脉冲种子光注入技术,基于SLN晶体实现类光子区相干SPS,在1.04-5.15THz范围内获得3d B带宽提升2.6倍的高增益太赫兹波辐射;并基于KTP晶体实现类声子区增益补偿,获得2.96-6.48THz范围内的太赫兹波连续调谐输出,在3.3THz处输出能量提高6.84倍。4、实验研究了典型目标体在太赫兹频段的雷达散射截面特性。利用自行研发的脉冲种子注入式太赫兹波参量辐射源搭建了信噪比为17d B的近场太赫兹雷达散射截面测量系统,获得典型目标体在3.3THz和5.0THz处的雷达散射截面,结果表明相较于3.3THz处,5.0THz处的RCS值提高了3-7d Bsm。
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