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[硕士论文] 魏旭艳
物理电子学 西安理工大学 2015(学位年度)
摘要:太赫兹(THz)电磁波(频率为0.1 THz~10 THz)是指波长介于毫米波和红外波之间,相当宽范围的电磁辐射区域。它与其相邻频段的光学和微波技术相比,人们对太赫兹电磁波的认识和利用还相对较少,但随着探索的不断深入,其重要的研究意义及广泛的应用前景已经越发清晰,也越来越引起国际学术界的高度关注。当今,有关太赫兹的产生技术,依然是太赫兹科学与技术研究领域中所侧重的主要方面之一。
  本文首先简要介绍了太赫兹电磁波的特性、产生技术及其广泛应用。
  其次,从入射激光光场与晶体中格波的相互作用角度出发,分析了入射激光与非线性晶体中横向晶格振动模的相互耦合作用形成了一种新的元激发,即耦合场量子。在分析中得出的耦合场量子色散方程的基础上,进一步分析了耦合场量子色散特性曲线,明确了耦合场量子色散特性曲线的物理含义。提出了非线性晶体的耦合场量子色散特性曲线是其辐射太赫兹电磁波的物理基础。
  同时,本文利用第一性原理对理想化学配比LiNbO3晶体的拉曼光谱进行了分析,得到了其本征振动频率,并结合耦合场量子色散方程,给出了非线性晶体LiNbO3的色散特性曲线。通过对LiNbO3晶体耦合场量子色散特性曲线的分析,预测了LiNbO3晶体能够辐射出频率范围在0~6.97 THz(0 cm-1~230 cm-1)的电磁波,该频段恰好落在太赫兹频段内。
  最后,本论文还结合相关实验结果,研究了Mg掺杂引入的缺陷结构对晶体拉曼光谱的影响。经比较分析掺入Mg原子的LiNbO3晶体材料其拉曼光谱与非掺杂下LiNbO3晶体的拉曼光谱,发现掺Mg后LiNbO3晶体拉曼光谱的特征谱线线宽变窄了9 cm-1,且拉曼散射强度增大了1095个单位,从而在理论上定性的解释了掺镁LiNbO3晶体作为辐射THz电磁波的样品材料,能够获得性能更稳定及功率阈值低的THz输出。为下一步设计基于LiNbO3晶体材料的太赫兹辐射源,优化太赫兹电磁辐射性能作出理论基础工作。
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