[發明專利]種子注入式表面垂直發射太赫茲參量產生器及其應用

無效

• 申請號: 201410083913.4
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103825189A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 張行愚;唐關琦;王偉濤;叢振華;陳曉寒;劉兆軍;王青圃
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01S3/30
• 分類號: H01S3/30;G02F1/35
• 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

本發明涉及一種種子注入式表面垂直發射太赫茲參量產生器及其應用，屬于太赫茲源的技術領域。

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，以及太赫茲波段的連續可調諧激光。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，他們主要利用的晶體LiNbO₃或者MgO:LiNbO₃作為非線性轉換的工作介質，這些參量源的耦合方式一般都是光柵耦合、硅棱鏡、硅棱鏡陣列耦合以及單點的垂直表面發射的耦合方式，并基于振蕩器產生能量較高的太赫茲波的輸出。這種基于振蕩器的太赫茲參量源的泵浦源的光斑尺寸受到參量振蕩器的限制，并且參與參量過程的三波的脈沖在時間不同步，從而限制了高能量太赫茲波的產生。因此能否通過對實驗裝置的改進以獲得大能量太赫茲波的輸出，成為本領域所亟待解決的技術問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種種子注入式表面垂直發射太赫茲參量產生器，該產生器克服現有技術產生的太赫茲波能量較低的缺點，通過對實驗裝置的合理設計，以獲得大能量的太赫茲波束，大大提高了太赫茲波轉化效率，使得轉化效率提高2-4倍。

本發明還公開了上述太赫茲產生器的工作方法。

本發明的技術方案如下：

一種種子注入式表面垂直發射太赫茲參量產生器包括激光泵浦系統、種子光系統和非線性晶體，由激光泵浦系統產生的泵浦脈沖激光和種子光系統產生的種子脈沖光以一定的夾角經過非線性晶體，所述非線性晶體的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：獲得0.6-3.0THz的太赫茲波。在非線性晶體尺寸允許下，增大泵浦脈沖激光和種子脈沖光的光斑尺寸，調節泵浦脈沖激光和種子脈沖光脈沖延時，以獲得最大的太赫茲能量輸出。本發明所述的太赫茲參量產生器的太赫茲參量源在非線性晶體側面的垂直或者近于垂直耦合輸出。

根據本發明優選的，所述非線性晶體的兩端面均鍍有1000nm－1100nm波長的增透膜。切割角度如圖1中10所示，本發明中的所有非線性晶體的尺寸可以根據具體要求進行選取。

根據本發明優選的，所述激光泵浦系統產生的泵浦脈沖激光和種子光系統產生的種子脈沖光之間的夾角的夾角范圍為0.5-3.0°，以獲得調諧范圍為0.6-3.0THz。

根據本發明優選的，所述激光泵浦系統產生的泵浦脈沖激光通過改變其到達非線性晶體的光程使其和種子光系統產生的種子脈沖光在時間上同步。

根據本發明優選的，所述激光泵浦系統為閃光燈泵浦低重頻的1-100Hz的激光系統；所述激光泵浦系統的泵浦功率密度≥20MW/cm²，輸出波長為1064nm。

根據本發明優選的，所述的種子光系統產生的種子脈沖光，輸出波長為1066nm-1080nm,重復頻率是1-100Hz。

一種種子注入式表面垂直發射太赫茲參量產生器的工作方法如下：

激光泵浦系統產生的泵浦脈沖激光和種子光系統產生的種子脈沖光以一定的夾角進入所述非線性晶體中，與非線性晶體中同時具有拉曼與紅外活性的晶體振動模相互作用，產生受激激子散射，種子脈沖光增強，同時產生太赫茲輻射波，改變泵浦脈沖激光到達非線性晶體的光程以獲得泵浦脈沖激光和種子脈沖光在時間上的同步。獲得大能量的太赫茲在Stokes激光發生全反射位置的垂直耦合出射。

本發明的優勢在于：

本發明所述的一種種子注入式表面垂直發射太赫茲參量產生器，使用了一種新型實驗裝置的設計，在非線性晶體的尺寸允許下，泵浦光和種子光的光斑尺寸可以任意大，并且可以調節泵浦光到達非線性晶體的光程，使得泵浦光脈沖和種子光脈沖在時間上同步以提高太赫茲輸出能量。

附圖說明

圖1為本發明的種子注入式表面垂直發射太赫茲參量產生器的光路結構示意圖。

圖2為是本發明的燈泵外腔脈沖式泵浦光和TPO產生的脈沖式種子光泵浦MgO:LiNbO₃晶體，種子注入式表面垂直發射太赫茲參量源的光路結構示意圖。