高效率光学抽运太赫兹光纤激光辐射源的关键技术研究

在前期光学抽运金属镀层空芯光纤内气体分子产生太赫兹波辐射研究取得重要进展基础上，进一步在工作气体中添加缓冲气体，研究改变空芯光纤芯径和添加缓冲气体分子加快振动驰豫克服振动瓶颈的机理，实现高转换效率的太赫兹激光辐射源。.具体内容：（1）建立理论模型并从实验上研究改变波导芯径和添加缓冲气体对振动瓶颈效应的消除作用，从根本上提高转换效率；（2）探索通过控制光纤内泵浦光与太赫兹波传输模之间的模式耦合实现良好模式的太赫兹波束输出、提高泵浦光到太赫兹波转换效率的方法；（3）考虑光纤的柔韧性和抗压强度，对太赫兹光纤激光器的结构设计进行理论分析和研究，设计出符合要求的在泵浦光和太赫兹波段均低损耗的金属镀层THz空芯光纤；研究THz光纤压强控制装置；（4）研究太赫兹光纤激光器输出特性及其可调谐特性。本项目将为创新设计光泵THz激光器，实现光束质量良好、高效、常温运转的紧凑太赫兹辐射源提供基本科学依据。

光抽运气体分子产生THz激光是得到光束质量好、输出功率高、并能在常温下持续、稳定输出的实用THz源的最佳方法。本研究系统的给出光抽运气体波导产生THz激光的能量转化模型和理论分析，适当减小波导芯径与添加缓冲气体提高能量转化效率和输出功率的研究，并进行红外光抽运THz波导激光器的设计和实验研究。.1.对TEA脉冲激光抽运气体产生THz激光的研究。基于三能级近似和半经典理论，得到THz激光增益系数及抽运光吸收系数。计算输出光强、抽运吸收光强、增益系数及抽运吸收系数等物理量并作分析，研究抽运功率及工作气压对上述物理量的影响。.2.基于振动弛豫理论提高TEA脉冲激光产生THz激光输出功率的研究。研究添加缓冲气体和适当减小波导芯径提高THz激光输出光强的物理机制和理论描述，建立模型并做数值计算和分析。.3.连续波抽运重水气体产生THz激光抽运阈值的分析。运用半经典理论并结合三能级系统模型分析连续波抽运重水气体产生THz激光的能量转化过程，得到产生THz激光振荡的抽运阈值。.4.连续波抽运气体波导产生THz激光的研究。建立激光能量转化模型，基于速率方程理论，理论分析并求解得到抽运光吸收系数、THz小信号增益系数以及THz激光输出功率表达式。以CH3OH为工作气体，数值计算上述物理量并做理论分析。.5.基于加速振动退激活提高连续波抽运气体波导THz激光器输出功率的研究。理论研究添加缓冲气体及适当减小波导芯径提高转化效率和THz激光输出功率的物理机制并作数值计算与分析,得到最佳波导芯径及最佳缓冲气体比例的优化规律。.6.抽运光与THz波耦合的研究。模式匹配有利于实现良好模式的THz波束输出、提高转换效率。对THz光纤的结构设计进行分析和研究。.7.激光器器件的研究。基于格林函数法研究金属线栅在THz波段的散射特性。研究一维和二维金属栅网构成F-P波长测量仪，波导端镜产生的耦合损耗，设计出抽运源和THz工作腔之间的光学隔离设备。.8.实验方面，给出光泵THz激光器和光纤激光器的设计及实现过程。研究抽运功率、工作气压、缓冲气体及波导芯径对THz激光输出功率的影响。.本项目研究的光抽运THz光纤激光源，将极大地促进光抽运THz辐射源的发展。