[實用新型]一種鈮酸鋰晶體結合結構和一種高能太赫茲脈沖產生裝置

有效

• 申請號: 201721353418.6
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN207799304U
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 吳曉君;戴軍;方兆吉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02B27/09
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本實用新型提供一種鈮酸鋰晶體結合結構和高能太赫茲脈沖產生裝置，所述裝置包括：飛秒激光器、反射光柵、半波片、成像透鏡和鈮酸鋰晶體結合結構，所述飛秒激光器發射的泵浦飛秒激光通過所述反射光柵衍射到所述半波片上，經過所述半波片改變所述泵浦飛秒激光的偏振方向后，再通過成像透鏡后入射至鈮酸鋰晶體結合結構中，從而在所述鈮酸鋰晶片中產生太赫茲脈沖輻射。其中，所述鈮酸鋰晶體結合結構包括切割成底角為62～63度，頂角為54～56度的等腰三角形棱柱鈮酸鋰晶體以及一個厚度為1～5mm的鈮酸鋰晶片，所述鈮酸鋰晶片通過光學接觸的方法完全覆蓋于所述等腰三角形棱柱鈮酸鋰晶體底邊所在的柱面上，所述等腰三角柱形棱柱鈮酸鋰晶體的三個柱面經過光學拋光處理。

技術領域

本實用新型涉及光學技術領域，更具體地，涉及一種鈮酸鋰晶體結合結構和一種高能太赫茲脈沖產生裝置。

背景技術

太赫茲(THz)輻射通常指的是從0.1～10THz的電磁波，其波段在微波和遠紅外之間。由于太赫茲頻率在電磁波譜上的特殊位置，使得這個頻段的高能量光源非常缺乏。高能量的太赫茲輻射源按照裝置的大小可分為同步輻射太赫茲源和桌面式小型太赫茲源。同步輻射的太赫茲源可產生百微焦量級的太赫茲脈沖，但這樣的大型裝置耗資巨大且運行昂貴。桌面式的強場太赫茲輻射源主要由脈沖飛秒激光器驅動，按照產生方式的不同可分為：光學整流、光導天線、空氣等離子體、激光打靶等。

盡管激光打靶已經獲得了幾百微焦的能量，但是激光打靶所獲得的太赫茲輻射的方向性差，不適合后續應用，且輻射效率較低，輻射機理也有待進一步研究。空氣等離子體產生的太赫茲可以獲得超寬帶的輻射，對材料的表征非常有優勢，而且空氣作為非線性介質不存在損傷閾值問題，但這種方法所產生的太赫茲輻射效率低，空氣等離子體不穩定，系統的信噪比差，對雙色的相位匹配要求高，機理也還有待進一步探索。大孔徑光電導天線輻射的太赫茲效率高，穩定性好，覆蓋了太赫茲輻射的低頻段，但光電導天線依賴外加直流電場和高激發功率，會導致天線擊穿和載流子的屏蔽效應，因此天線容易破壞，且獲得的絕對太赫茲能量相對較低。

到目前為止，光學整流是被認為最有效的桌面式產生強場太赫茲輻射的方法。在利用光學整流產生太赫茲輻射的過程中，同一個紅外光脈沖包羅中的不同光譜分量之間產生級聯差頻過程，實現太赫茲輻射的產生。只要相位匹配條件得到滿足，該頻率下轉換的過程將會級聯的反復發生，有可能使得紅外光子完全轉換為多個太赫茲光子，獲得>100％光子轉換效率。碲化鋅(ZnTe)和磷化鎵(GaP)一直是被用來通過光學整流實現太赫茲源常見的材料。由于它們的非線性系數不夠高且在紅外頻率有極大的雙光子吸收，研究人員已經把目光轉向非線性系數較大的有機晶體和鈮酸鋰(LiNbO3)晶體。雖然有機晶體很被看好，它所固有的缺點，例如低破壞閾值，無法用于高功率高能量激光器；小尺寸，無法用于高能量大光斑的激光器激發；材料不穩定，易于潮解，無法制備牢固的太赫茲發射源；需要特定的波長 1.2μm-1.5μm泵浦，而該頻段的高能量激光器的技術不夠成熟；晶體價格非常昂貴等，使得利用有機晶體來產生強場太赫茲脈沖讓人望而卻步。

第二種方法利用光學整流的方法是利用傾斜波前技術在鈮酸鋰晶體中產生強場太赫茲輻射。鈮酸鋰在光學領域的地位相當于硅材料在半導體工業，是一個很好的候選材料。它具有非常多的優點，比如大的損傷閾值，可用于高能量激光器；高非線性系數，可獲得高的能量轉化效率；大的能量帶隙(4eV)，克服雙光子或多光子吸收帶來的能量損耗；對泵浦波長無選擇性等。但由于紅外光和太赫茲波在鈮酸鋰晶體中有著不同的折射率，前者約為5，后者約為2.3，為了能夠實現最大限度的相位匹配，Hebling等提出了傾斜波前的方法參見非專利文獻美國光學快報Optics Express，10卷，第21期，1611-1166頁。

現有技術中，使用光子學方法產生太赫茲波的關鍵步驟在于鈮酸鋰發射晶體的切割方式采用梯形或等腰三角形的切割方式。在實驗過程中，激發光直接照射在晶體的62-63°角，太赫茲波則沿著與入射激發光成一個角度方向發射出來。