晶體輻射THz波物理機制的密度泛函理論及缺陷對晶體光譜影響分析.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、太赫茲電磁波(頻率為0.1-10THz)是波長介于毫米波和紅外光之間相當寬范圍的電磁輻射區(qū)域。與其相鄰頻段的光學和微波技術相比,太赫茲技術還處于探索階段。當前限制太赫茲電磁輻射技術發(fā)展的一個很重要因素是缺乏一種有效的太赫茲輻射源。本文基于光學方法從入射激光光場與晶體中大量原子相互作用的角度,研究了太赫茲電磁波產(chǎn)生的物理機制。通過其內在機制分析,為下一步設計基于LiNbO3和GaP晶體的太赫茲輻射源,優(yōu)化太赫茲電磁輻射性能作出理論基礎工作

2、。本文首先簡要介紹了太赫茲電磁波的特性、太赫茲的產(chǎn)生、探測技術及其廣泛應用。其次,提出了非線性晶體輻射太赫茲電磁波的物理機制:入射激光與非線性晶體的橫向晶格振動模的相互耦合作用形成了一種新的元激發(fā),即極化激元,并伴隨有極化激元的拉曼散射。在這個過程中,極化激元輻射太赫茲頻段的電磁波。非線性晶體的極化激元色散特性是其輻射太赫茲電磁波的物理基礎,決定了可以通過參變過程,參變振蕩過程或拉曼散射過程輻射太赫茲電磁波,同時決定了該種晶體輻射太赫茲

3、電磁波的頻率范圍。一種晶體的極化激元色散特性主要反映在其色散特性曲線上。論文利用密度泛函理論對LiNbO3和GaP兩種晶體的拉曼光譜及色散曲線作了分析,并在此基礎上從理論上預測了LiNbO3和GaP能夠輻射THz電磁波。對LiNbO3晶體極化激元色散曲線分析表明,LiNbO3晶體在0°-5°散射角范圍內,能夠輻射出頻率范圍在0-7.5 THz (0 cm-1-250 cm-1)的電磁波,該頻段在太赫茲頻段內。分析還表明,GaP晶體在散射

4、角為0°-10°范圍內,能夠輻射出頻率范圍在0-8.6THz (0 cm-1-288 cm-1)的電磁波,該頻段在太赫茲頻段內。本論文還結合相關實驗從晶格結構的角度,研究了摻雜引入的缺陷結構對晶體光譜的影響,其中包括拉曼光譜和THz光譜的。分析表明對于LiNbO3晶體,摻入MgO和ZnO后,LiNbO3晶體的拉曼光譜譜線寬度發(fā)生變化,會出現(xiàn)局域模,摻入合適的元素,會提高晶體的抗光折變性能和拉曼增益。此外,實驗分析還表明,摻入Mg元素后,

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