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随着太赫兹(THz)波在安全检查、生物医学、无线通讯等领域的广泛应用,高功率、高能量的THz辐射源的应用需求也大大提高。基于受激电磁耦子散射产生THz波具有高功率、宽调谐、窄线宽、结构简单、室温运转等优点,是一种实现高能量THz辐射源的有效途径。但目前该方法的量子转化转换效率较低,亟需提高。为了获得更大的转换效率,本文主要在受激电磁耦子散射产生THz波的基础上提出创新,采用一种新方法和一种新结构,耦合级联参量和基于非周期晶体差频产生THz波,从而提高THz波的输出强度与转换效率。本文的主要内容如下:1.介绍了一种基于周期结构GaP(OP-GaP)晶体的耦合级联光学参量过程高效放大THz波的方法。首先,在分析级联光相互作用机理的基础上,通过精确设置晶体周期波矢,使得两个级联光学参量过程的THz波和级联光强烈耦合,提出一阶与m阶耦合级联光学参量过程的耦合理论模型,推导矢量级联差频耦合波方程。其次,分析了级联阶数、相位失配、泵浦强度、红移和蓝移过程、非线性系数、吸收系数和初始THz强度等因素对THz波输出的影响,总结了不同因素对级联光能量流动的影响机制。耦合的级联光学参量过程增大了转换效率,12阶耦合级联光学参量过程的THz峰值强度和量子效率高达8.03 MW/cm2和780%,超过了Manly-Rowe限制。与传统的非耦合级联光学参量放大过程相比,耦合级联光学参量过程的量子效率增加至3.7倍。2.提出一种基于新结构晶体级联差频产生高功率THz波的方法。从级联差频产生THz波的特性出发,研究了相位失配、耦合系数、输入泵浦光强度、信号光强度和输入THz强度等因素对级联光能量流动的影响机制。在此基础上,提出了一种基于低温非周期极化铌酸锂(APPLN)晶体级联差频产生THz波的方法,通过精确设计APPLN晶体的极化波矢,减少级联Stokes过程中的相位失配,同时增加级联anti-Stokes过程中的相位失配。这种相位失配的变化增强了级联Stokes过程,抑制了级联anti-Stokes过程。在10 K温度下,光波到THz波的能量转换效率超过了30%。采用阶梯变化极化周期和渐变极化周期的APPLN级联差频过程得到的THz峰值强度分别为364.7 MW/cm2和400.7MW/cm2,相应的能量转换效率η为30.4%和33.4%。与传统的基于周期极化铌酸锂(PPLN)的级联差频过程相比,基于APPLN的级联差频过程的THz峰值强度提高至2.5倍和2.8倍。