[發(fā)明專利]一種階梯形結(jié)構(gòu)的強太赫茲脈沖發(fā)射源及設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610179323.0
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105652554B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘森城;朱禮國;翟召輝;劉喬;李江;杜良輝;孟坤;周平偉;王德田
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/355;H01S3/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 徐靜

1.一種階梯形結(jié)構(gòu)的強太赫茲脈沖發(fā)射源，其特征在于包括：

飛秒激光波前整形模塊，用于對泵浦飛秒激光進行整形，使泵浦飛秒激光的波前在階梯形鈮酸鋰晶體傾斜角度為α，使得泵浦飛秒激光與階梯形鈮酸鋰晶體產(chǎn)生的強太赫茲波實現(xiàn)非共線相位匹配；

階梯形鈮酸鋰晶體，用于將泵浦飛秒激光轉(zhuǎn)換為i個太赫茲脈沖；將楔形鈮酸鋰晶體沿底面裁剪成階梯形結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰晶體，即為階梯形鈮酸鋰晶體；其中楔形鈮酸鋰晶體的側(cè)面作為階梯形鈮酸鋰晶體底面，階梯形鈮酸鋰晶體底面與相位匹配結(jié)構(gòu)底面重合；階梯形鈮酸鋰晶體中挖空部分遠離階梯形鈮酸鋰晶體底面，階梯形鈮酸鋰晶體中階梯形機構(gòu)的臺階面與楔形鈮酸鋰晶體底面平行；階梯形鈮酸鋰晶體有i個臺階；

相位匹配結(jié)構(gòu)，用于消除階梯形鈮酸鋰晶體產(chǎn)生的多個太赫茲脈沖的相對時間延遲，將階梯形鈮酸鋰晶體產(chǎn)生的多個太赫茲脈沖耦合為一個強太赫茲脈沖；相位匹配結(jié)構(gòu)是階梯結(jié)構(gòu)，所述階梯結(jié)構(gòu)底面作為相位匹配結(jié)構(gòu)底面；相位匹配結(jié)構(gòu)有i-1個臺階；相位匹配結(jié)構(gòu)第1臺階與階梯形鈮酸鋰晶體第2個階梯臺階底面重合,直到相位匹配結(jié)構(gòu)第i-1臺階與階梯形鈮酸鋰晶體第i個階梯臺階底面重合；

當經(jīng)過飛秒激光波前整形模塊的泵浦飛秒激光，垂直入射于階梯形鈮酸鋰晶體端面時，泵浦飛秒激光覆蓋整個階梯形鈮酸鋰晶體端面，在階梯形鈮酸鋰晶體底面等間距形成i個太赫茲脈沖；然后所述i個太赫茲脈沖中從第2個太赫茲脈沖到第i個太赫茲脈沖經(jīng)過相位匹配結(jié)構(gòu)中i-1個臺階耦合成一個強太赫茲脈沖；所述階梯形鈮酸鋰晶體端面指的是垂直于階梯形鈮酸鋰晶體中階梯形結(jié)構(gòu)臺階面的端面；太赫茲脈沖出射方向與相位匹配結(jié)構(gòu)的底面垂直。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種階梯形結(jié)構(gòu)的強太赫茲脈沖發(fā)射源，其特征在于所述相位匹配結(jié)構(gòu)中每個階梯結(jié)構(gòu)的臺階高度d_p＝tan(γ)*(n_l-1)*d_l/(n_p-1)；其中γ＝α，γ為階梯形鈮酸鋰晶體底面與階梯形鈮酸鋰晶體端面夾角；相位匹配結(jié)構(gòu)中第1個到第i-1個階梯結(jié)構(gòu)的臺階長度對應(yīng)等于階梯形鈮酸鋰晶體第2個到第i個楔形側(cè)面長度；n_l指的是鈮酸鋰晶體在泵浦飛秒激光波段的折射率；n_p指的是相位匹配材料在太赫茲波段的折射率。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種階梯形結(jié)構(gòu)的強太赫茲脈沖發(fā)射源，其特征在于所述階梯形鈮酸鋰晶體階梯高度分別為d₁，d₂、d₃......d_i，其中i>＝2；其中d₂＝d₃＝……＝d_i＝d₁-0.5～1.5mm；d_i范圍2～5mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種階梯形結(jié)構(gòu)的強太赫茲脈沖發(fā)射源，其特征在于所述飛秒激光波前整形模塊包括反射光柵、兩個透鏡；泵浦飛秒激光通過光柵后，依次通過兩個成像透鏡后入射至整個階梯形鈮酸鋰晶體端面；兩個成像透鏡組成望遠鏡系統(tǒng)；其中泵浦飛秒激光的光柵入射角在光柵的閃耀角θ附近，光柵入射角范圍為θ±10°；；sinδ＝Nλ-sinβ，其中，δ為光柵入射角，β為光柵出射角，λ為泵浦飛秒激光入射光波長，f₁、f₂分別兩個透鏡的焦距，n_l為鈮酸鋰晶體在入射光波段的折射率；N是光柵刻線密度；相位匹配結(jié)構(gòu)材質(zhì)為聚四氟乙烯或聚乙烯，γ為階梯形鈮酸鋰晶體底面與階梯形鈮酸鋰晶體端面夾角。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種階梯形結(jié)構(gòu)的強太赫茲脈沖發(fā)射源，其特征在于γ的范圍是63°±1°，γ為階梯形鈮酸鋰晶體底面與階梯形鈮酸鋰晶體端面夾角。