[發明專利]一種基于內腔光學參量和差頻效應的太赫茲輻射源

有效

• 申請號: 201410454898.X
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN104269720B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 李忠洋;呂靈靈;周玉;譚聯;劉家豪
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: H01S1/00
• 分類號: H01S1/00
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司41119
• 代理人: 胡泳棋

技術領域

本發明涉及一種基于內腔光學參量和差頻效應的太赫茲輻射源，屬于太赫茲波技術應用領域。

背景技術

太赫茲(Terahertz，簡稱THz，1THz＝10¹²Hz)波是指頻率在0.1-10THz范圍內的電磁波。THz波的頻率范圍處于電子學向光子學的過渡區域，在長波方向，它與毫米波有重疊；在短波方向，它與紅外線有重疊。在頻率上，THz波處于宏觀經典理論向微觀量子理論的過渡區。由于所處位置特殊，THz波具有廣闊的應用前景：(1)THz光子具有較低的能量，比X射線的光子弱10⁷-10⁸倍，不會在生物組織中引起光損傷及光化電離；(2)許多物質大分子，如生物大分子的振動和旋轉頻率都在THz波段，所以在THz頻段表現出很強的吸收和諧振；(3)THz波是具有量子特性的電磁波，具有類似微波的穿透能力，同時也具有類似光波的方向性；(4)THz脈沖的典型脈寬在亞皮秒量級，可以對包括液體、半導體、超導體、生物樣品等在內的各種材料進行亞皮秒、飛秒時間分辨的瞬態光譜研究。

目前限制太赫茲波技術快速發展的主要技術瓶頸之一就是缺乏高功率、可調諧、窄線寬、室溫運轉的相干太赫茲輻射源。基于光學參量效應和光學差頻效應產生太赫茲波的方法具有高功率、高效率、可調諧、窄線寬、室溫運轉等特性，但是目前基于光學參量效應和光學差頻效應的太赫茲輻射源主要采用非共線相位匹配方式，泵浦光、信號光和閑頻光在空間上分離的，嚴重限制了三波相互作用，由泵浦光產生的太赫茲波的效率很低，沒有高效利用泵浦光來產生太赫茲波。并且非線性光學晶體對太赫茲波的吸收較大，晶體中產生的太赫茲波被嚴重吸收，所以輸出的太赫茲波能量受到嚴重限制。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于內腔光學參量和差頻效應的太赫茲輻射源，用以解決目前的太赫茲輻射源的太赫茲波輸出能量和光學轉換效率低的問題。

為實現上述目的，本發明的方案包括一種基于內腔光學參量和差頻效應的太赫茲輻射源，包括泵浦光源，泵浦光源包括依次設置的第一平面鏡1、KD^*P晶體2、偏振片3、Nd:YAG激光器泵浦模塊4、第二平面鏡14。太赫茲輻射源還包括在Nd:YAG激光器泵浦模塊4與第二平面鏡14之間的泵浦光光路上依次設置的用于產生差頻光的第一KTP晶體9和第二KTP晶體10、第一周期極化晶體12；第一KTP晶體9和第二KTP晶體10能夠通過與泵浦光光路垂直的軸線同步相向轉動，在泵浦光光路上靠近第一周期極化晶體12兩端處分別設置有第一拋物面鏡11和第二拋物面鏡13；第一拋物面鏡11和第二拋物面鏡13的凹面朝向第一周期極化晶體12。

進一步地，第一KTP晶體9與第二KTP晶體10完全相同且對稱設置。

進一步地，在Nd:YAG激光器泵浦模塊4與第一KTP晶體9之間的泵浦光光路上設置有一個用于透射泵浦光的諧波鏡8。

進一步地，諧波鏡8還用于反射所述差頻光。

進一步地、在Nd:YAG激光器泵浦模塊4與諧波鏡8之間的泵浦光光路上設置有第二周期極化晶體6，在泵浦光光路上靠近第二周期極化晶體6兩端處設置有第三拋物面鏡5和第四拋物面鏡7；第三拋物面鏡5和第四拋物面鏡7的凹面朝向第二周期極化晶體6。

進一步地，各拋物面鏡與泵浦光光路的交點處均開一個小孔。

本發明的目的是提供一種基于內腔光學參量和差頻效應的太赫茲輻射源，相比于現有的太赫茲輻射源，具有以下優點：

(1)利用基頻泵浦光激勵周期極化晶體，通過內腔級聯光學參量效應，共線產生太赫茲波，一個泵浦光子可以產生多個太赫茲光子，提高太赫茲波光學轉換效率。

(2)利用差頻光λ1和λ2激勵周期極化晶體，經光學差頻效應共線產生太赫茲波，一個差頻光子λ1可以產生多個太赫茲光子，有效提高太赫茲波光學轉換效率。通過同步調節雙KTP晶體的方位角實現波長調諧的光波λ1和λ2，從而可以實現波長調諧輸出的太赫茲波。

(3)整個級聯參量過程采用的是共線相位匹配，提高了泵浦光、Stokes光和太赫茲波的相互作用體積，有效提高太赫茲波的光學轉換效率。級聯參量過程全部采用內腔雙諧振，可以得到前后向傳播的太赫茲波，有效提高差頻光的利用效率，進而提高太赫茲波輸出能量和轉換效率。

(4)本發明結構簡單，成本較低。整套裝置只需要一臺自制的泵浦源，兩塊普通的KTP晶體、周期極化晶體和若干光學鏡片。

附圖說明