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基于Cherenkov辐射级联准腔相位匹配共线差频产生高能太赫兹的研究

批准号:
62065008
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
饶志明
依托单位:
学科分类:
红外与太赫兹物理及技术
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
饶志明

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
太赫兹波因具有高穿透性、相干性、低能性等特点,在生物医学、医学诊断等领域具有重要的应用价值,但长期以来由于受到有效太赫兹波产生源的束缚使其应用受限。本课题在前期已初步完成周期性晶体共线差频产生太赫兹源的基础上,针对如何有效地产生高效率、高能量、可调谐的太赫兹源的机制及关键技术等方面进行研究。鉴于级联差频过程可以突破Manley-Rowe条件限制及Cherenkov匹配的潜在优点,课题拟在Cherenkov辐射级联条件下,研究利用准腔相位匹配共线差频产生高效高能太赫兹。通过建立产生高能太赫兹的模型,在准腔相位匹配找到合适的腔结构,分析级联机制如何获得高阶级联效应,在Cherenkov辐射最佳匹配条件下获得高效高能可调谐的太赫兹源。项目实施预期能获得高能太赫兹源的产生机制及新技术,为太赫兹在医学诊断等领域的应用奠定基础。
英文摘要
Terahertz has important application value in biomedicine, medical diagnosis and other fields because of its high penetration, coherence and low energy. For a long time, its application has been limited due to the restriction of the effective terahertz wave generator. On the basis of the periodic crystal collinear difference frequency generation of terahertz, the mechanism and key technologies of how to effectively generate high efficiency, high energy and tunable terahertz source at room temperature have been studied. In view of the fact that the cascaded difference frequency process can break through the constraints of Manley Rowe condition and the potential advantages of Cherenkov matching, the subject plans to study the generation of high-energy terahertz by using quasi cavity phase matching collinear difference frequency under the condition of Cherenkov radiation cascading. In this paper, we build a model to generate high-energy terahertz, find the appropriate cavity structure in the quasi cavity phase matching, analyze how to obtain the high-class coupling effect in the stage alignment system, and obtain the high-efficiency and high-energy tunable terahertz source under the best matching condition of Cherenkov radiation. The implementation of the project is expected to obtain the generation mechanism and new technology of high-energy terahertz source, and lay the foundation for the application of terahertz in medical diagnosis and other fields.
太赫兹波因具有高穿透性、相干性、低能性等特点,在生物医学、医学诊断等领域具有重要的应 用价值,但长期以来由于受到有效太赫兹波产生源的束缚使其应用受限。本课题针对如何有效地产生高效率、高能量、可调谐的太赫兹源的机制及关键技术等方面进行研究。在结合准相位匹配及腔相位匹配级联差频产生THz波模型(CQ模型)中引入切伦科夫效应(Cherenkov效应)提出结合准相位匹配、腔相位匹配以及Cherenkov效应级联差频产生THz模型(CQC模型),通过对影响差频转换效率的各参数数据分析,最终确定在激光器泵浦线为9.55微米和9.79微米;工作环境温度为24摄氏度;单位周期极化腔长为784微米;泵浦光在腔内反转15次时转换效率可以达到最大值。在未引入切伦科夫效应时,15阶级联差频CQ模型的最高转换效率为541.5%。引入切伦科夫效应后,进一步削弱了差频产生THz波在极化晶体中的损耗。在相同条件下的CQC模型,10阶级联后差频产生频率为1.5THz波的最大转换效率可以达到612%,15阶同等条件下的CQC模型差频产生频率为1.5THz波的最大转换效率可以达到621%。项目获得高能太赫兹源的产生机制及新技术,为太赫兹在医学诊断等领域的应用奠定基础。另外,我们对太赫兹吸收器,太赫兹滤波器的研究进行了探索,拓展了太赫兹源在科学领域的应用前景。项目负责人以该课题基金号发表第一作者/通信作者发表论文4篇,其中SCI收录论文1篇、EI收录论文1篇、核心期刊论文1篇。获得专利3项,授权专利1项,培养已经毕业硕士5位。
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