太赫兹辐射因其特殊的性质,在材料光谱、生物医学、空间通信、国际反恐等基础研究和技术应用方面有广阔的前景,而太赫兹辐射源的发展是推动太赫兹应用技术进步的关键。本文基于Ga Se晶体这一实现太赫兹辐射最有前景的非线性晶体,对差频输出窄带太赫兹辐射的相位匹配类型进行了理论上的模拟计算和分析比较,通过超快脉冲的光整流获得宽带太赫兹输出并研究了太赫兹辐射对泵浦光强的依赖关系。着眼于新型材料和结构,本文在金属薄膜中同样获得宽带太赫兹输出,并对其太赫兹辐射机理进行了研究与分析。该工作为实现高功率输出和多样化的太赫兹辐射源提供了理论基础和初步的实验结果。本文主要研究内容如下:1.利用小型调Q可调谐CO₂激光器,基于Ga Se晶体,实现了基频9.2-10.7μm的可调谐倍频输出。根据相位匹配角与基频波长的关系,在众多已报道的色散方程组中,确定了Ga Se晶体在红外波段的最佳色散方程组;2.基于非线性差频原理,以可调谐CO₂激光器泵浦Ga Se晶体产生窄带太赫兹辐射为例,在三波共线情况下,对oe-e、oe-o和新型oo-e三种相位匹配方式的角度调谐特性、太赫兹输出光强以及相位匹配的允许参量进行了理论计算。计算结果表明,在对Ga Se晶体进行适当切割后,oo-e相位匹配方式可以实现太赫兹输出,而且在角度调谐、泵浦光的允许参量和实验操作方面具有明显优势。3.基于超快脉冲的光整流,在Ga Se晶体中实现0-3THz的宽带太赫兹辐射。随着泵浦光强的增加,太赫兹输出电场强度受到泵浦光双光子吸收的影响,与泵浦光强呈亚线性关系。双光子吸收不仅增加了泵浦光的损耗,抑制了太赫兹辐射的输出,同时也激发了自由载流子,导致晶体对太赫兹辐射吸收的增加。利用Drude-Lorentz模型,以及Ga Se晶体自由载流子的平均弛豫时间τ=0.38fs,对太赫兹输出和泵浦光强之间的关系进行了拟合。测量了掺杂Er和In元素Ga Se晶体的双光子吸收系数,提出采用元素掺杂的方法来降低双光子吸收,以提高太赫兹转换效率。4.在超快脉冲的激发下,利用光滑的金薄膜及其纳米孔结构实现0-3THz的宽带太赫兹辐射。对太赫兹输出与入射角、泵浦波长和光强的关系进行了系统地实验研究,并分析了太赫兹辐射的产生机理。结果表明,在激光脉冲的激发下,电子从金属表面逸出,电子的运动形成瞬态电流,从而向外辐射太赫兹电场。在该过程中,表面等离子激元对太赫兹输出强度进行调制。随着泵浦光强的增加,电子的逸出机制表现出从多光子电离到隧穿电离的过渡,最终导致太赫兹输出与泵浦光强之间的非线性关系。当泵浦光的波长发生改变时,表面等离子体激元的寿命随之改变,太赫兹输出频谱宽度受到影响。因此,通过表面等离子体激元可以实现对太赫兹输出强度和频谱宽度的主动调制。