[實用新型]一種提高太赫茲參量振蕩源測量穩定性的裝置

有效

• 申請號: 201820808417.4
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN208805465U
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 徐德剛;唐隆煌;王與燁;李長昭;閆超;賀奕焮;孫忠誠;鐘凱;姚建銓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/3581
• 分類號: G01N21/3581;G01N21/27
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本實用新型公開了一種提高太赫茲參量振蕩源測量穩定性的裝置，包括激光器、太赫茲參量振蕩器、太赫茲探測器、斯托克斯光探測器、光束收集器、樣品、數據采集卡、計算機和折射率漸變鏡，太赫茲參量振蕩器包括非線性晶體和斯托克斯光諧振腔，激光器產生泵浦光經過折射率漸變鏡入射至太赫茲參量振蕩器，一部分泵浦光通過光束收集器收集，另一部分泵浦光基于受激電磁耦子散射作用產生斯托克斯光和太赫茲波。本實用新型利用了太赫茲參量過程中斯托克斯光和太赫茲的穩定性呈正比關系的特點，將斯托克斯光作為太赫茲波的參考光，從而消除太赫茲參量源不穩定性所帶來的測量誤差。

技術領域

本實用新型涉及非線性光學頻率變換領域，特別是涉及基于斯托克斯光(Stokes)自參考技術(Self–reference)提高太赫茲參量振蕩源測量穩定性的裝置。

背景技術

太赫茲(Terahertz，簡稱THz，1THz＝10¹²Hz)波段是指頻率從100GHz到10THz，相應的波長從3毫米到30微米，介于毫米波與紅外光之間頻譜范圍相當寬的電磁波譜區域。由于該頻段是宏觀電子學向微觀光子學過渡的頻段，具有很多獨特的性質。太赫茲輻射技術是THz領域科技發展的關鍵核心技術之一，特別是可快速調諧、高功率、高穩定性的THz相干輻射源在生命科學、材料科學、固體物理、分子分析、大氣探索、化學氣體追蹤、材料測試、食品檢測等國民和國防安全等領域具有廣泛的應用前景和價值。

太赫茲參量振蕩(Terahertz Parametric Generation/Terahertz ParametricOscillator，簡稱TPG/TPO)技術是獲得相干可調諧THz輻射源的主要方法之一。該過程的原理是鐵電晶體的受激電磁耦子散射機理，在強泵浦光入射晶體后，與晶體中同時具有紅外和拉曼活性的A₁對稱模形成的電磁耦子發生受激作用時，根據能量守恒定律，每消耗一個泵浦光子將同時產生一個與泵浦光子頻率相近的斯托克斯(Stokes)光子，和一個與電磁耦子諧振頻率相近的太赫茲光子，從而實現太赫茲輻射。同時，在滿足非線性相位匹配(動量守恒)條件下，通過改變泵浦光與斯托克斯光的角度，即可實現不同頻率的太赫茲波調諧輸出。但是，由于在實際實驗條件中，受泵浦激光器能量波動、斯托克斯光諧振腔失諧、非線性晶體的熱效應以及受激電磁耦子散射過程的不穩定性等因素影響，基于太赫茲參量過程輸出的太赫茲波能量穩定性RMS值通常較大(大于15％)，難以滿足其在光譜檢測和成像方面的實際應用需求。目前，為了消除太赫茲參量源不穩定性在實際應用中的影響，通常采用對太赫茲波進行分束的方法，將其中一路作為參考光，用以矯正探測光由于太赫茲源不穩定性帶來的測量誤差，但是這種傳統消除光源不穩定性的方法僅在測量所需太赫茲波功率相對較低以及樣品對太赫茲波吸收較小的情況下能夠保持較高的信噪比，這極大的限制了太赫茲波參量源在實際中的應用。例如，在太赫茲波被廣泛應用的生命科學領域，由于很多生物大分子的振動和轉動頻率均在太赫茲波段，生物組織在太赫茲波具有較強的吸收，在這種情況下，利用太赫茲波對生物組織進行光譜測量或成像，使用傳統消除光源不穩定性的方法難以保證探測光具有較高的功率以實現高信噪比測量。因此需要尋找一種新的在不需要衰減太赫茲波功率的前提下消除太赫茲輸出不穩定性的技術，這將推動太赫茲參量源在生命科學、材料科學、分子分析等領域的實際應用。

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，提供一種提高太赫茲參量振蕩源測量穩定性的裝置。采用本實用新型專利的技術能夠在不衰減太赫茲波輸出功率的前提下消除太赫茲輸出不穩定性帶來的影響，實現高信噪比光譜及成像測量。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：