飞秒激光作用下光整流晶体的损伤阈值分析

光整流效应是产生太赫兹波的有效途径之一,而产生高功率太赫兹波则需要采用高强度的飞秒激光激励光整流晶体,但激光强度过大会造成晶体损伤,从而严重影响高功率太赫兹波的输出。因此,对光整流晶体的损伤阈值进行研究具有重要的理论意义与实用价值。通过对飞秒激光与非线性光整流晶体材料相互作用物理过程进行分析,建立了飞秒激光作用下光整流晶体损伤阈值的预估模型,比较分析了铌酸锂、碲化锌和硒化锌三种晶体材料的损伤阈值随飞秒激光脉宽的变化规律。结果表明,当飞秒激光的脉宽相对较小时,光致电离在整个作用过程中占主导地位,随着脉宽的增大,雪崩电离逐渐起主要作用;雪崩电离速率和光致电离速率均与晶体的禁带宽度密切有关,光整流晶体材料禁带宽度越大,晶体材料的损伤阈值越高;铌酸锂晶体的损伤阈值明显高于碲化锌和硒化锌晶体,更适合用于高功率太赫兹波的产生。

脉冲前沿倾斜的光学整流THz辐射特性分析

光整流法是目前产生太赫兹(THz)辐射的重要方法之一。建立了采用脉冲前沿倾斜方法实现相位匹配条件的基于光整流法产生太赫兹辐射的转换效率理论模型,比较了脉冲前沿倾斜方式的不同倾斜角对THz辐射转换效率的影响,定量分析了光整流THz辐射转换效率的主要影响因素及其规律,并讨论了飞秒激光参数和晶体参数对THz辐射转换效率的影响。结果表明:脉冲前沿倾斜方式相位匹配条件中的倾斜角对THz辐射转换效率的影响非常大;THz辐射转换效率随着飞秒激光脉宽的增大呈现先增大后减小的规律,且随飞秒激光强度的增大而增大。此外,THz辐射转换效率不仅随着晶体吸收系数的增大而急剧减小,而且随着晶体厚度的增加呈现先逐渐增长,到达一定晶体厚度后,则几乎不随晶体厚度的增长而变化的规律。由此可见,在实际应用中,不仅要求采取措施尽可能满足位相匹配条件和减小晶体对THz辐射的吸收,而且还需要合理选取飞秒激光参数和非线性晶体参数。

基于双温耦合模型的太赫兹晶体损伤阈值分析

飞秒激光通过非线性光学整流效应产生太赫兹(THz)波时,THz波转换效率会随着飞秒激光功率的增大而明显提高。然而,飞秒激光功率过高会造成非线性晶体损伤,进而影响THz波的产生及输出,因而对飞秒激光作用下非线性晶体的损伤阈值进行研究具有重要意义。本文在经典的双温模型基础上,引入电子激发、载流子吸收等电离过程的影响,建立了飞秒激光作用下非线性THz晶体损伤阈值的预估模型。采用有限差分法,数值模拟了飞秒激光辐照下THz晶体的温度场变化,并据此对晶体损伤阈值进行预估。在此基础上,分析比较了LiNbO3、ZnTe和ZnSe 3种THz晶体的损伤阈值随激光脉宽的变化规律。结果表明,晶体的禁带宽度和比热容越大,晶体的损伤阈值就越大;LiNbO3晶体因其具有更高的损伤阈值,在产生高功率THz波方面具有更大的优势。

掺氧化镁铌酸锂晶体的损伤阈值分析

在经典的双温模型中引入电子激发、载流子吸收等电离过程,建立了飞秒激光和晶体材料相互作用的理论模型。采用有限差分法数值模拟了在飞秒激光作用下,不同掺杂摩尔分数的Mg O∶Li Nb O3晶体内电子、晶格温度随飞秒激光脉宽、激光能量密度的变化规律。并定量分析了不同掺杂摩尔分数的Mg O∶Li Nb O3晶体材料的损伤阈值随脉宽的变化规律,以及掺杂浓度对晶体损伤阈值的影响。结果表明,在Li Nb O3晶体中掺入适量的Mg O将使载流子迁移率发生变化,进而会影响晶体的损伤阈值。在适当掺杂范围内,掺Mg O的摩尔分数越高,载流子迁移率越大,晶体的损伤阈值越高。因此,实际应用中可通过在Li Nb O3晶体中掺入适量的Mg O来提高晶体的抗损伤能力。