[實用新型]一種緊湊的光學差頻太赫茲源

有效

• 申請號: 201520915713.0
• 申請日: 2015-11-17
• 公開（公告）號: CN205122984U
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發明（設計）人: 鐘凱;徐德剛;姚建銓;王與燁;史偉;梅嘉林;劉陽;王茂榕;郭拾貝;劉楚
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02;H01S3/11;H01S3/08;H01S3/16;H01S3/115;H01S3/117;G02F1/35
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉玥

技術領域

本實用新型涉及固體激光器及非線性光學頻率變換領域，更具體的說，是涉及一種緊湊穩定雙波長激光器及光學差頻太赫茲源。

背景技術

太赫茲(Terahertz或THz)輻射是頻率在0.1-10THz，典型中心頻率為1THz的電磁波，其波段介于微波和紅外線之間，是宏觀電子學向微觀光子學過渡的重要電磁波段。太赫茲波在物理、化學、天文學、分子光譜、生命科學和醫藥科學等基礎研究領域，以及醫學成像、安全檢查、環境監測、材料分析、食品檢測、射電天文、移動通訊、衛星通信和軍用雷達等應用研究領域均有重大的科學研究價值和廣闊的應用前景。

光學差頻(DFG)是獲得小型化室溫運轉的窄帶、高峰值功率、寬調諧THz輻射源的最佳方法之一。差頻的非線性過程簡單有效，沒有閾值，不需要諧振腔，穩定性好。差頻產生太赫茲波的技術可以追溯到上世紀60年代，但由于當時的激光技術和光學頻率變換技術水平的限制，轉換效率非常低。直到上世紀90年代后期，隨著小型化全固態激光技術、高質量非線性晶體生長技術的進步以及太赫茲波的相關理論及其應用研究的興起，差頻產生太赫茲輻射的研究又成為太赫茲領域的一個研究熱點。美國、日本、歐洲等發達國家以及我國的多個課題組對差頻的相關理論和技術進行了深入研究。目前國內外已報道的結果中，差頻方法已經可以實現低重復頻率或高重復頻率的脈沖運轉甚至連續波運轉，調諧范圍覆蓋0.1-30THz，輸出線寬可以窄至10MHz，差頻太赫茲源的峰值功率可達到千瓦(kW)甚至兆瓦(MW)量級，平均功率可以達到毫瓦量級。利用差頻產生的太赫茲輻射可以對物體進行實時成像，也可以對某些物質的寬波段太赫茲譜進行檢測，其極窄帶的特性甚至可以清晰地分辨出某些分子的振動或轉動模式。

利用低重復頻率、高單能量脈沖能量的雙波長激光差頻可以獲得較高單脈沖能量的太赫茲波，但由于重復頻率低，平均功率無法有效提高，不利于快速成像等對太赫茲源功率有要求的場合。利用連續半導體激光器泵浦的雙波長激光器差頻可以產生高平均功率、高重復頻率的太赫茲源，2010年美國LehighUniversity的PuZhao等報道了利用半導體激光器端面泵浦一塊Nd:YLF晶體產生1047/1053nm雙波長激光(OpticsLetters，2010，35(23)：3979-3981)，兩個波長在兩個諧振腔中振蕩，經合束后在GaSe中差頻產生了1.64THz輻射輸出，但由于兩個波長在晶體中有增益競爭，因此雙波長的功率不穩定，產生的太赫茲功率也不穩定。2011年該研究小組對實驗裝置進行了改進(AppliedPhysicsLetters，2011，98：131106)，利用兩臺半導體激光器泵浦兩塊Nd:YLF晶體，在兩個諧振腔中產生雙波長激光并通過差頻產生太赫茲波，該方案克服了增益競爭問題，雙波長激光及太赫茲波的穩定性大大提高。但采用兩臺半導體激光器及兩個諧振腔的方案大大增加了成本，也不利于雙波長激光器及整體太赫茲源的小型化。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種緊湊穩定雙波長激光光學差頻太赫茲源。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：

一種緊湊的光學差頻太赫茲源，包括依次設置的雙波長激光器和差頻裝置，所述雙波長激光器由依次設置的泵浦源、激光反射鏡、激光晶體、Q開關和激光輸出鏡構成；差頻裝置由依次設置的激光聚焦鏡和差頻晶體構成；所述泵浦源發出的泵浦激光注入激光晶體，激光晶體內的激活粒子在泵浦光作用下躍遷到上能級并在由所述激光反射鏡和激光輸出鏡構成的諧振腔內產生激光振蕩，所述激光晶體由兩塊晶體構成用于產生兩個波長的激光振蕩，通過所述Q開關調節諧振腔的損耗，實現脈沖激光輸出，輸出的激光經所述激光聚焦鏡聚焦后注入所述差頻晶體發生差頻效應，產生太赫茲波并輸出。

所述泵浦源由帶有聚焦透鏡的直接輸出半導體激光器或光纖耦合輸出半導體激光器構成；所述泵浦源發出泵浦激光的波長范圍為800～810nm或880～890nm，所述泵浦源發出的泵浦激光波長通過改變泵浦源所在的工作溫度進行調節。

所述激光晶體產生的波長范圍在900-950nm波段、1040-1080nm波段和1300-1350nm波段中的任意一段。

所述激光晶體的每個通光面均鍍有泵浦光及振蕩激光增透膜。