[發(fā)明專利]一種多波長(zhǎng)脈沖延時(shí)輸出的THz波參量源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911054609.6
• 申請(qǐng)日: 2019-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110783801B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張瑞亮;耿利杰;張志峰;翟玉生;楊坤;劉楠楠;翟鳳瀟;郝蘊(yùn)琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州輕工業(yè)學(xué)院
• 主分類號(hào): H01S1/02
• 分類號(hào): H01S1/02
• 代理公司: 鄭州浩德知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41130
• 代理人: 邊鵬

本發(fā)明提出了一種多波長(zhǎng)脈沖延時(shí)輸出的THz波參量源，包括泵浦激光器、第二晶體、第一晶體，以及由反射鏡和耦合輸出鏡構(gòu)成的泵浦光脈沖延時(shí)裝置。亞ns窄脈寬的泵浦光以一定小角度入射泵浦光脈沖延時(shí)裝置，形成一個(gè)序列的在空間上和時(shí)間上都分離的多個(gè)泵浦光脈沖，泵浦光脈沖序列經(jīng)放大后分成兩束，第二泵浦光脈沖序列經(jīng)柱透鏡耦合，在第二晶體發(fā)生交叉泵浦SPS，輸出具有不同頻率的脈沖延時(shí)Stokes光序列，第一泵浦光脈沖序列經(jīng)柱透鏡耦合進(jìn)入第一晶體，和第二晶體輸出的脈沖延時(shí)Stokes光序列相互耦合，發(fā)生參量轉(zhuǎn)換作用，產(chǎn)生脈沖延時(shí)THz波輸出。本發(fā)明無(wú)需窄線寬種子源即可實(shí)現(xiàn)THz波參量源的多波長(zhǎng)輸出，為T(mén)Hz波參量技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)波譜檢測(cè)提供一種可行的技術(shù)方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太赫茲波激光源技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種多波長(zhǎng)脈沖延時(shí)輸出的THz波參量源。

背景技術(shù)

太赫茲 (THz) 波是指頻率范圍為0.1~10 THz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(zhì)，其中最引人注目的是穿透性和指紋識(shí)別特性，基于此發(fā)展出了THz波THz穿透成像及THz波譜測(cè)量這兩個(gè)重要的技術(shù)應(yīng)用方面。THz波在有機(jī)大分子材料、布料、木材和陶瓷等很多在紅外和可見(jiàn)光波段不透明的物質(zhì)內(nèi)具有很高的透過(guò)率，可以對(duì)它們進(jìn)行穿透成像；許多大分子和極性分子在THz波段內(nèi)具有特征吸收譜，以利用反射或透射波譜就可鑒別不同分子或物質(zhì)。目前，THz波在許多基礎(chǔ)和應(yīng)用研究領(lǐng)域如生物醫(yī)學(xué)、無(wú)損檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全檢查及反恐等方面都展現(xiàn)出重大科研價(jià)值和應(yīng)用前景。

基于受激電磁耦子散射（SPS）的THz波參量源能夠產(chǎn)生高功率、寬帶連續(xù)可調(diào)諧的相干 THz 波，并具有頻率調(diào)諧簡(jiǎn)便、室溫工作、結(jié)構(gòu)緊湊易于集成、晶體和泵浦源技術(shù)非常成熟等特點(diǎn)。尤其是結(jié)合基于參量下轉(zhuǎn)換原理的探測(cè)技術(shù)，可以在一個(gè)泵浦系統(tǒng)下集成THz波源和高靈敏THz波探測(cè)裝置，能夠提供10⁷以上的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍，使此技術(shù)在THz波譜測(cè)量應(yīng)用上具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

研究表明，亞ns激光泵浦可有效抑制參量THz波源中的SBS過(guò)程，相對(duì)于ns激光泵浦，THz波產(chǎn)生效率可提高數(shù)十倍。并且短脈沖泵浦還可以提高晶體損傷閾值，從而提高有效泵浦功率密度。在亞ns泵浦條件下，通常采用種子注入THz波參量發(fā)生器（is-TPG）的形式來(lái)獲得連續(xù)可調(diào)諧的窄線寬THz波。

傳統(tǒng)is-TPG需要頻率掃描才能完成對(duì)樣品的THz波譜測(cè)量，耗費(fèi)一定時(shí)間，不利于實(shí)時(shí)在線檢測(cè)應(yīng)用。根據(jù)文獻(xiàn)“Multiwavelength terahertz-wave parametric generatorfor one-pulse spectroscopy, K. Murate. Applied Physics Express, 2017, 10,032401.”的研究，在一個(gè)泵浦脈沖內(nèi)注入多波長(zhǎng)種子激光，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的多個(gè)THz頻率成分輸出。多波長(zhǎng)種子激光通過(guò)兩束外腔半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)半導(dǎo)體光放大器四波混頻作用，產(chǎn)生三個(gè)新波長(zhǎng)，共五個(gè)波長(zhǎng)成分。基于多波長(zhǎng)輸出is-TPG的THz波譜系統(tǒng)能在一個(gè)泵浦脈沖內(nèi)完成多個(gè)光譜成分的測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量，具有廣泛應(yīng)用前景，但該技術(shù)還存在許多問(wèn)題：其一，多個(gè)種子激光波長(zhǎng)注入單個(gè)泵浦脈沖，產(chǎn)生的多個(gè)THz波頻率成分分?jǐn)偙闷帜芰浚瑒?shì)必會(huì)造成單個(gè)頻率THz波功率的降低和系統(tǒng)測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍的下降；其二，由于外腔半導(dǎo)體激光器的功率較低，為幾十mW量級(jí)，半導(dǎo)體光放大器的四波混頻效率不高，產(chǎn)生的新波長(zhǎng)成分的功率則更低，且THz波各頻率成分能量差別較大；其三，頻率間的增益競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致穩(wěn)定性差，影響系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。此外，此方案經(jīng)濟(jì)成本較高，需多臺(tái)單頻種子源同時(shí)工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出一種多波長(zhǎng)脈沖延時(shí)輸出的THz波參量源。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種多波長(zhǎng)脈沖延時(shí)輸出的THz波參量源，包括泵浦激光器（1）、反射鏡（2）、脈沖延時(shí)裝置（4）、刀口光闌（5）、分束鏡（7）、柱透鏡、第二晶體（15）、擴(kuò)束鏡（16）、第一晶體（12）；