【摘 要】
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太赫兹（THz）波具有良好的透视性、安全性和较高的光谱分辨力,近十年被广泛应用于生物、医学、信息等领域,具有重大的科学价值和广阔的应用前景。利用电子学和光学方法可以有效的产生相干THz波辐射,而基于光学非线性频率变换技术的差频办法可以获得室温运转、宽调谐、高功率、低成本和结构紧凑的相干THz源。而常用的晶体的二阶非线性差频系数都很小,使得差频转换效率很低,而非对称量子阱的二阶非线性系数很大,量级一
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太赫兹（THz）波具有良好的透视性、安全性和较高的光谱分辨力,近十年被广泛应用于生物、医学、信息等领域,具有重大的科学价值和广阔的应用前景。利用电子学和光学方法可以有效的产生相干THz波辐射,而基于光学非线性频率变换技术的差频办法可以获得室温运转、宽调谐、高功率、低成本和结构紧凑的相干THz源。而常用的晶体的二阶非线性差频系数都很小,使得差频转换效率很低,而非对称量子阱的二阶非线性系数很大,量级一般为XDFG,max2≈2.5019μm/V,采用非对称量子阱做差频晶体将会在很大程度上提高差频转化效率,因此量子阱在差频应用方面具有很大的发展潜力。本文探讨了非对称量子阱中的线性效应及二阶、三阶非线性效应,并在此基础之上研究了量子阱差频产生相干THz波辐射,及实用化的THz波调制器件。主要内容及创新点如下: 1.基于GaAs/Al0.2Ga0.8As/Al0.5Ga0.5As阶梯形非对称量子阱（AQW）,讨论了导带为非抛物线形对量子阱中量子化能级、本征波函数及光学非线性效应的影响。理论计算了AQW中的二阶非线性系数,在考虑导带为非抛物线形影响下,当XDFG,max2≈2.5019μm/V时,光学差频系数可高达GaAs /Al0 .2Ga0.8As/Al0.5Ga0.5AsXDFG,max2≈2.5019μm/V（比GaAs晶体中高约5个数量级）,光整流系数可高达m/V（比GaAs晶体中高约4个数量级）。 2.研究了一个特殊的GaAs/AlGaAs非对称量子阱在THz波段的线性、三阶非线性吸收系数及介质折射率的相对改变。以典型的阶梯形量子阱为例做了数值计算。计算表明,基于泵浦光场和偏置电压控制的THz波调制器不仅可以做THz波开关,还可以灵活的调制THz波信号的强度和相位,方便实用。 3.基于对量子阱中的一阶及三阶非线性介质折射率相对改变的计算,通过数值模拟,发现通过调节入射光强,可以在共线差频的情况下达到相位匹配。设计了利用量子阱共线差频产生THz波的实验装置。
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