针对紧凑型光泵气体太赫兹激光器(OPTL)技术, 设计并研制了全金属波导结构的气体太赫兹(THz)激光器原理样机.THz激光器工作介质为CH3OH气体, 最佳工作气压30 Pa, 在波长9.69 μm、连续功率44 W的9P(36)支 CO2激光泵浦下, 实验测得在2.52 THz频点输出功率150 mW, 光子转换效率为8.4%.研究THz激光输出功率与CH3OH工作气压、泵浦光功率的关系、以及THz激光输出稳定性, 并通过压电陶瓷对THz激光腔长进行精密调节, 同时测量输出功率的变化情况, 讨论了金属波导THz激光器的纵模特性.实验工作与结果为下一步紧凑型折叠波导腔全金属OPTL的研制提供了参考.

为追求光泵气体THz 激光器更高的输出功率和更好的光束质量，设计制作了金属网栅输出耦合镜，金属网栅输出耦合镜相比传统的小孔输出镜具有很多优势。详细描述了金属网栅输出耦合镜的结构，研究了金属网栅的理论模型。选择g /2a =76 μm/20 μm 和g /2a =76 μm/10 μm 这2组参数制作了金属网栅输出耦合镜，利用远红外傅里叶光谱仪对其THz 波段的透过率进行测试，根据计算仿真得到结论：随着金属网栅线宽2a 的增大，金属网栅的THz 辐射透过率增大。

复合型金属网栅耦合输出镜是大功率光泵THz激光器的关键元器件之一,对激光器的输出功率和光束质量至关重要.研究完善了复合型金属网栅耦合输出镜的理论模型,提出反射率,透射率和损耗的计算和评估方法.设计并制作出2.52 THz波段,反射率透射率为(70%/11%)和(87%/4%)的两种耦合输出镜,对CO2泵浦激光的反射率达95 %以上.为大功率光泵THz激光器的开发提供了理论和技术支持.

阐述了平行和楔形衬底复合型输出耦合镜(HOC)的反射率、透射率和损耗的计算方法，特别引入了品质因子进行损耗分析，可正确评价HOC质量的优劣。模拟了楔形衬底中楔角的变化对F-P效应调制的改善程度，楔角增大到0.3°时，HOC的透射率对波长和衬底厚度的微小变化不再敏感。楔形衬底使输出THz光斑在y方向上发生畸变，但0.3°楔角时输出光斑仍可保持较好的高斯形状。

研究了温度梯度控制成丝中的自压缩现象。以充有2.0×105 Pa氩气的密闭气体作为成丝介质,在焦点处加热,由热传导形成温度梯度。25 ℃,0.8 mJ能量入射输出脉冲在没有任何色散补偿手段的情况下自压缩到17 fs,其傅里叶脉冲变换极限为5.5 fs。将脉冲能量提高到2.7 mJ,在中心为450 ℃的温度梯度下,输出脉冲自压缩到19 fs,其傅里叶脉冲变换极限为14.5 fs。通过温度控制将自压缩的能量提高了近2 mJ,实现了从脉冲自压缩到单丝脉冲展宽继而多丝的过程。