[發明專利]一種基于砷酸鈦氧鉀晶體的太赫茲參量源及其應用

有效

• 申請號: 201410064072.2
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN103811990B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 張行愚;肖炅;王偉濤;王青圃;叢振華;陳曉寒;劉兆軍;秦增光
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01S3/30
• 分類號: H01S3/30;H01S3/16
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種基于砷酸鈦氧鉀晶體的太赫茲參量源及其應用，屬于太赫茲參量源的技術領域。

背景技術

受激激子散射是一種產生太赫茲輻射的重要技術，通過某些晶體的受激激子散射可以獲得可見、近紅外，以及太赫茲波段的可調諧激光。與其他技術的太赫茲源，如光整流、量子級聯激光器、以及電學的太赫茲源相比，這種基于受激激子散射的太赫茲參量源具有可封裝集成、室溫工作、使用方便、便于調諧、線寬窄等優點。太赫茲參量源一直是太赫茲產生領域的研究熱點之一。現國內外已經有大量關于太赫茲參量源的報道，他們均利用的晶體LiNbO₃或者MgO:LiNbO₃作為非線性轉換的工作介質，可獲得在0.6-3THz頻率范圍內可調諧的太赫茲輻射源。砷酸鈦氧鉀晶體的最低A1對稱振動模為233.8cm^-1，該振動模同時具有紅外和拉曼活性，通過角度調諧可以獲得在3.5THz到6.5THz頻率范圍內的可調諧的太赫茲輻射源，擴展了基于LiNbO₃晶體的太赫茲參量源的太赫茲頻率范圍，至今還沒有發現用該晶體來實現的太赫茲參量源。

發明內容

本發明提供一種基于砷酸鈦氧鉀晶體的太赫茲參量源。本發明利用砷酸鈦氧鉀晶體的受激激子散射過程構成的太赫茲參量源。

本發明還提供上述基于砷酸鈦氧鉀晶體的太赫茲參量源的應用。該太赫茲參量源實現了3.5-6.5THz頻率范圍內可調諧的太赫茲波輸出。

本發明的技術方案如下：

一種基于砷酸鈦氧鉀晶體的太赫茲參量源，包括激光泵浦系統、太赫茲參量器件和冷卻系統；所述太赫茲參量器件包括砷酸鈦氧鉀晶體，所述激光泵浦系統發出泵浦激光沿太赫茲參量器件照射，所述砷酸鈦氧鉀晶體的受激激子散射過程構成的太赫茲參量源。

根據本發明優選的，所述的太赫茲參量源的太赫茲波輸出頻率范圍為3.5-6.5THz。

根據本發明優選的，所述太赫茲參量器件還包括太赫茲參量器件的后腔鏡、太赫茲參量器件的輸出鏡，所述激光泵浦系統發出的激光沿太赫茲參量器件的后腔鏡、砷酸鈦氧鉀晶體和太赫茲參量器件的輸出鏡依次射出。

根據本發明優選的，所述砷酸鈦氧鉀晶體為非線性晶體砷酸鈦氧鉀。由激光泵浦系統產生的激光束經過太赫茲參量器件內的非線性晶體砷酸鈦氧鉀，所述非線性晶體砷酸鈦氧鉀具有拉曼與紅外活性振動模，產生受激激子散射，產生非線性參量過程，通過所述的太赫茲參量器件中的角度旋轉臺改變泵浦光入射到砷酸鈦氧鉀中的角度，可獲得3.5THz到6.5THz頻率范圍內的可調諧的太赫茲參量源。

根據本發明優選的，所述非線性晶體砷酸鈦氧鉀的晶體的切割方向θ=90°，φ為任意角度，所述θ是泵浦激光與非線性晶體z軸的夾角，φ為非線性晶體x軸與非線性晶體側面的夾角，非線性晶體的長度為l，非線性晶體的寬度為d。

根據本發明優選的，所述非線性晶體砷酸鈦氧鉀的晶體的切割方向如圖1所示，x，y，z分別表示砷酸鈦氧鉀晶體的x軸，y軸和z軸方向，太赫茲出射面與非線性晶體砷酸鈦氧鉀的晶體x軸的切割角度φ₁的范圍為-45°到-15°。入射泵浦激光和受激激子散射過程中產生的Stokes光在太赫茲出射面上發生全反射，而太赫茲波可以垂直或者近于垂直于該表面輸出，晶體長度為l，寬度為d，厚度為h，l與d的大小滿足l+d/tanφ₁<-d/tanφ₁<l，晶體的寬度d和厚度h可根據泵浦光斑大小來選擇。

根據本發明優選的，所述的非線性晶體砷酸鈦氧鉀的兩端面均鍍有增透膜。增透膜的波長范圍可根據選用的泵浦源的波長來決定；在太赫茲波出射面做拋光處理。

根據本發明優選的，所述的太赫茲參量器件的后腔鏡鍍有在Stokes波段的高反膜。使所述的太赫茲參量器件的輸出鏡的鍍膜在Stokes波段具有一定的透過率。

根據本發明優選的，所述的非線性晶體砷酸鈦氧鉀的晶體的切割方向θ=90°，φ的取值范圍為-10°到+10°，所述θ是泵浦激光與非線性晶體z軸的夾角，φ為非線性晶體x軸與非線性晶體側面的夾角，非線性晶體的長度為l，非線性晶體的寬度為d；厚度為h，晶體長度l，寬度d，厚度h可根據實際需求和泵浦激光光斑的面積來選擇。

所述的太赫茲參量器件還包括太赫茲波耦合部件，所述的太赫茲波耦合部件是硅材料棱鏡，所述硅材料棱鏡與非線性晶體的的xz面無縫隙接觸。棱鏡的數量和尺寸大小可根據非線性晶體的尺寸大小決定。