光泵重水气体产生THz激光的半经典理论分析

何志红; 姚建铨; 时华锋; 黄 晓; 罗锡璋; 江绍基; 王 鹏

doi:10.7498/aps.56.5802

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光泵重水气体产生THz激光的半经典理论分析

何志红 , 姚建铨 , 时华锋 , 黄晓 , 罗锡璋 , 江绍基 , 王鹏

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唯象论的经典领域

光泵重水气体产生THz激光的半经典理论分析

何志红, 姚建铨, 时华锋, 黄晓, 罗锡璋, 江绍基, 王鹏

物理学报, 2007, 56(10): 5802-5807.

doi: 10.7498/aps.56.5802

Semiclassical theory of optically pumped D2O gas tera-Hz laser

He Zhi-Hong, Yao Jian-Quan, Shi Hua-Feng, Huang Xiao, Luo Xi-Zhang, Jiang Shao-Ji, Wang Peng

Acta Phys. Sin., 2007, 56(10): 5802-5807.

doi: 10.7498/aps.56.5802

摘要
从半经典密度矩阵理论出发，采用三能级系统模型对光泵重水气体产生太赫兹激光进行了理论分析，求解得到了脉冲光泵重水气体分子产生太赫兹激光过程中激光信号增益系数Gs和抽运光信号被吸收系数Gp的表达式，通过迭代法对太赫兹激光信号的输出光强进行了数值计算，理论计算得到的频谱特性曲线完全符合受激Raman辐射的频谱特性，即频谱宽度较大、输出光强随抽运失谐量的改变而变化明显等特征.在脉冲激光抽运受激Raman辐射过程中，工作介质D2O气体分子的偶极矩由于受到抽运脉冲光场的扰动发生变化，在频谱特性曲线中表现为受激辐射THz信号的谱线发生了分裂.理论计算结果与已报道的实验结果能较好地相符.

关键词:
太赫兹激光 /

半经典理论 /

重水气体分子
Abstract
By solving the density matrix equation of three-level molecular system, the pulsed laser pumped D2O gas terahertz laser was theoretically studied, the expression of terahertz signal gain coefficient(Gs)and the pumping signal absorption coefficient (Gp) were obtained, the output power density of terahertz laser was calculated numerically by iteration method. The calculation shows that the spectral characteristics of terahertz laser was in full accordance with the stimulated Raman emission. The signal frequency detuning obviously affects the amplification process, and there exists splitting in the curve because of the dipole of D2O gas molecule being disturbed by the field of pumping pulse. The theoretical spectrum is in good agreement with reported experimental results.

Keywords:
terahertz laser /

semi-classical theory /

D2O gas molecule
作者及机构信息
何志红²,

姚建铨²,

时华锋³,

黄晓³,

罗锡璋³,

江绍基³,

王鹏¹

(1)天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所，教育部光电信息技术科学重点实验室，天津 300072; (2)天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所，教育部光电信息技术科学重点实验室，天津 300072；中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275; (3)中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275

基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金(批准号：20040056010)资助的课题.
Authors and contacts
He Zhi-Hong²,

Yao Jian-Quan²,

Shi Hua-Feng³,

Huang Xiao³,

Luo Xi-Zhang³,

Jiang Shao-Ji³,

Wang Peng¹

(1)天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所，教育部光电信息技术科学重点实验室，天津 300072; (2)天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所，教育部光电信息技术科学重点实验室，天津 300072；中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275; (3)中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275
参考文献

施引文献

[1]	凌中火, 王帅, 张金仓, 张逸竹, 阎天民, 江玉海. 太赫兹辅助测量铷原子超快量子相干过程的理论研究. 物理学报, 2020, 69(17): 173401. doi: 10.7498/aps.69.20200218
[2]	王伟民, 张亮亮, 李玉同, 盛政明, 张杰. 激光在大气中驱动的强太赫兹辐射的理论和实验研究. 物理学报, 2018, 67(12): 124202. doi: 10.7498/aps.67.20180564
[3]	肖相如, 王慕雪, 黎敏, 耿基伟, 刘运全, 彭良友. 强激光场中原子单电离的半经典方法. 物理学报, 2016, 65(22): 220203. doi: 10.7498/aps.65.220203
[4]	陈泽章. 太赫兹波段液晶分子极化率的理论研究. 物理学报, 2016, 65(14): 143101. doi: 10.7498/aps.65.143101
[5]	黄文逍, 张逸竹, 阎天民, 江玉海. 超快强场下低能光电子的研究进展解析R矩阵半经典轨迹理论. 物理学报, 2016, 65(22): 223204. doi: 10.7498/aps.65.223204
[6]	张会云, 刘蒙, 张玉萍, 何志红, 申端龙, 吴志心, 尹贻恒, 李德华. 基于振动弛豫理论提高光抽运太赫兹激光器输出功率的研究. 物理学报, 2014, 63(1): 010702. doi: 10.7498/aps.63.010702
[7]	张会云, 刘蒙, 张玉萍, 申端龙, 吴志心, 尹贻恒, 李德华. 连续波抽运气体波导产生太赫兹激光的理论研究. 物理学报, 2014, 63(2): 020702. doi: 10.7498/aps.63.020702
[8]	徐峰, 郑雨军. 量子相空间纠缠轨线力学. 物理学报, 2013, 62(21): 213401. doi: 10.7498/aps.62.213401
[9]	邓善红, 高嵩, 李永平, 裴云昌, 林圣路. 平行电磁场中锂原子自电离的半经典分析. 物理学报, 2010, 59(2): 826-831. doi: 10.7498/aps.59.826
[10]	高嵩, 徐学友, 周慧, 张延惠, 林圣路. 电场中里德伯原子动力学性质的半经典理论研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1473-1479. doi: 10.7498/aps.58.1473
[11]	祁春超, 左都罗, 孟凡奇, 卢彦兆, 纠智先, 程祖海. 基于光放大的长脉冲抽运太赫兹激光. 物理学报, 2009, 58(7): 4641-4646. doi: 10.7498/aps.58.4641
[12]	王墨戈, 陆启生, 许晓军, 郭少锋. 宽谱染料激光器的数值模型及实验验证. 物理学报, 2008, 57(3): 1857-1861. doi: 10.7498/aps.57.1857
[13]	何志红, 姚建铨, 时华峰, 黄晓, 罗锡璋, 江绍基, 李建荣, 王鹏. 抽运光强度对光学抽运重水气体产生THz激光的影响分析. 物理学报, 2007, 56(11): 6451-6456. doi: 10.7498/aps.56.6451
[14]	欧阳世根, 关毅, 佘卫龙. 旋转超导体中的电流与电磁场. 物理学报, 2002, 51(7): 1596-1599. doi: 10.7498/aps.51.1596
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[16]	李治宽. Raman自由电子激光的半经典理论. 物理学报, 1996, 45(11): 1812-1816. doi: 10.7498/aps.45.1812
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[18]	张建平, 李玲, 叶培大. 电负反馈半导体激光器半经典理论. 物理学报, 1989, 38(9): 1436-1442. doi: 10.7498/aps.38.1436
[19]	潘少华, 韩全生. 分布反馈染料激光器的半经典理论. 物理学报, 1982, 31(3): 318-327. doi: 10.7498/aps.31.318
[20]	潘少华. 染料激光器模式耦合半经典理论. 物理学报, 1981, 30(8): 1067-1076. doi: 10.7498/aps.30.1067

计量

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物理学报. 2007, 56(10): 5802-5807.

doi: 10.7498/aps.56.5802.

唯象论的经典领域

光泵重水气体产生THz激光的半经典理论分析

1. (1)天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所，教育部光电信息技术科学重点实验室，天津 300072; (2)天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所，教育部光电信息技术科学重点实验室，天津 300072；中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275; (3)中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275

基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金(批准号：20040056010)资助的课题.

收稿日期: 2006-12-08
修回日期: 2007-02-16
刊出日期: 2007-05-05

摘要: 从半经典密度矩阵理论出发，采用三能级系统模型对光泵重水气体产生太赫兹激光进行了理论分析，求解得到了脉冲光泵重水气体分子产生太赫兹激光过程中激光信号增益系数Gs和抽运光信号被吸收系数Gp的表达式，通过迭代法对太赫兹激光信号的输出光强进行了数值计算，理论计算得到的频谱特性曲线完全符合受激Raman辐射的频谱特性，即频谱宽度较大、输出光强随抽运失谐量的改变而变化明显等特征.在脉冲激光抽运受激Raman辐射过程中，工作介质D2O气体分子的偶极矩由于受到抽运脉冲光场的扰动发生变化，在频谱特性曲线中表现为受激辐射THz信号的谱线发生了分裂.理论计算结果与已报道的实验结果能较好地相符.

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