[發明專利]一種太赫茲波參量源選頻及頻率調諧方法及其裝置

在審

• 申請號: 201911054608.1
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110768093A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 張瑞亮;耿利杰;翟玉生;張志峰;楊坤;劉楠楠;郝蘊琦;翟鳳瀟
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業學院
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/102
• 代理公司: 41130 鄭州浩德知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 邊鵬

本發明提出了一種太赫茲波參量源選頻及頻率調諧方法及其裝置；兩束相互交叉的泵浦光激發同時具有紅外活性和拉曼活性的非線性晶體中的橫向光學聲子模，產生受激電磁耦子散射（SPS），利用交叉泵浦來限定SPS的相位匹配關系，實現Stokes光及相對應的THz波的選頻，通過連續改變兩束泵浦光的交叉角度，實現相干窄帶Stokes光和THz波的頻率的連續調諧；實現交叉泵浦的一種方案為：利用泵浦光掠入射非線性晶體側面并發生全反射，入射泵浦光與反射泵浦光構成交叉泵浦形式，通過旋轉非線性晶體，改變泵浦光對晶體側面的入射角及全反射角，實現相位匹配關系的改變；其有益效果是：本發明不需要單獨的Stokes光種子源，而且能夠在亞ns激光泵浦情況下使用，具有結構簡單、操作方便、經濟成本低、產生THz波效率較高等優勢。

技術領域

本發明涉及可調諧激光源技術領域，特別是指一種太赫茲波參量源選頻及頻率調諧方法及其裝置。

背景技術

太赫茲 (THz) 波是指頻率范圍為0.1-10 THz，波長范圍為30-3000μm的電磁波。THz波介于紅外線與微波之間，具有許多其它波段不具備的一系列特殊性質，其中最引人注目的是非極性分子的穿透性和指紋光譜識別特性，由此產生了THz波最重要的兩方面應用：THz穿透成像及THz波譜測量。THz波在許多基礎和應用研究領域如生物醫學、無損檢測、環境監測、安全檢查及反恐等方面都展現出重大科研價值和應用前景，其中，高功率、窄線寬、寬帶可調諧的THz波源是研究的重點方向和推動THz波無損檢測等技術應用的關鍵。

基于受激電磁耦子散射（Stimulated Polariton Scattering, SPS）的THz波參量源能產生高功率、窄線寬、寬帶連續可調諧的相干THz波，并具有頻率調諧方式簡便、室溫工作、結構緊湊易于集成、晶體和泵浦源技術成熟等優點，尤其是結合基于參量下轉換原理的探測技術，可以在一個泵浦系統下集成THz波源和高靈敏THz波探測裝置，形成THz波譜測量系統，能夠在大約1-3THz范圍內提供10⁷以上的測量動態范圍，其無需傅里葉變換的直接探測方式具有較強的抗干擾能力，綜上，參量THz波技術具有廣泛的應用前景和重要的研究價值。

研究表明，采用亞ns的窄脈沖寬度激光泵浦時，可有效抑制參量THz波源中的受激布里淵散射（SBS）過程的建立，相比于ns脈沖寬度的激光泵浦，THz波的產生效率可提升數十倍，并且短脈沖激光泵浦還能提高晶體損傷閾值，從而可提高泵浦功率密度。

SPS提供寬帶拉曼增益，利用相位匹配原理，通過特定手段可實現THz波參量源的頻率選擇與頻率調諧，實現窄帶THz波連續可調諧輸出，目前，實現太赫茲波參量源的選頻和頻率調諧主要通過以下兩種方式實現：

1.THz波參量振蕩器，利用附加Stokes光（6）諧振腔的方式，構建THz波參量振蕩器（TPO）,只讓符合特定相位匹配光的Stokes光（6）振蕩放大，實現THz波的選頻，通過調節諧振腔與泵浦光之間的夾角，調整相位匹配條件，實現THz波的頻率調諧。

2.種子注入THz波參量發生器，利用窄帶Stokes光（6）源作為種子源，構建種子注入太赫茲波參量發生器器（is-TPG），實現THz波的選頻，通過改變種子源的波長及光束與泵浦光的夾角，實現太赫茲波的頻率調諧。

雖然TPO結構簡單，效率較高，但頻率調諧需要機械地調整諧振腔與泵浦光之間的夾角，即使后來發展了基于光學掃描鏡的自動控制調諧方式，仍然存在調諧速度慢、系統穩定性差、THz波線寬較寬等問題，TPO中Stokes光（6）諧振腔長度一般為十幾厘米，需要一定的泵浦脈沖持續時間來讓Stokes光（6）在諧振腔內來回震蕩以得到充分放大，所以，TPO只能適用于較長泵浦脈沖情況下，比如幾納秒，而不能應用于亞納秒的脈沖激光泵浦，ns激光泵浦會帶來SBS對SPS的抑制作用，制約THz波的產生效率。