一种基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源及其应用制造技术

一种基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源，包括激光泵浦系统、太赫兹参量器件和冷却系统；所述太赫兹参量器件包括磷酸钛氧钾晶体，所述激光泵浦系统发出泵浦激光沿太赫兹参量器件照射，所述磷酸钛氧钾晶体的受激激子散射过程构成的太赫兹参量源。所述太赫兹波输出频率范围为3.17-6.13THz。所述太赫兹参量器件还包括太赫兹参量器件的后腔镜、太赫兹参量器件的输出镜，所述激光泵浦系统发出的激光沿太赫兹参量器件的后腔镜、磷酸钛氧钾晶体和太赫兹参量器件的输出镜依次射出。本发明专利技术使用了非线性晶体磷酸钛氧钾，该晶体非线性增益较高，同时具有高的损伤阈值，通过角度调谐的方式可以获得3.17THz到6.13THz频率范围内的可调谐的太赫兹辐射波。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源及其应用
本专利技术涉及一种基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源及其应用，属于太赫兹参量源的

技术介绍
受激激子散射是一种产生太赫兹辐射的重要技术，通过某些晶体的受激激子散射可以获得可见、近红外，以及太赫兹波段的可调谐激光。与其他技术的太赫兹源，如光整流、量子级联激光器、以及电学的太赫兹源相比，这种基于受激激子散射的太赫兹参量源具有可封装集成、室温工作、使用方便、便于调谐、线宽窄等优点。太赫兹参量源一直是太赫兹产生领域的研究热点之一。现国内外已经有大量关于太赫兹参量源的报道，他们均利用的晶体LiNbO3或者MgO:LiNbO3作为非线性转换的工作介质，可获得在0.6-3THz频率范围内可调谐的太赫兹辐射源。磷酸钛氧钾晶体的最低A1对称振动模为268.5cm-1，该振动模同时具有红外和拉曼活性，通过角度调谐可以获得在3.17THz到6.13THz频率范围内的可调谐的太赫兹辐射源，扩展了基于LiNbO3晶体的太赫兹参量源的太赫兹频率范围，至今还没有发现用该晶体来实现的太赫兹参量源。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源。本专利技术利用磷酸钛氧钾晶体的受激激子散射过程构成的太赫兹参量源。本专利技术还提供上述基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源的应用。该太赫兹参量源实现了3.17-6.13THz频率范围内可调谐的太赫兹波输出。本专利技术的技术方案如下：一种基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源，包括激光泵浦系统、太赫兹参量器件和冷却系统；所述太赫兹参量器件包括磷酸钛氧钾晶体，所述激光泵浦系统发出泵浦激光沿太赫兹参量器件照射，所述磷酸钛氧钾晶体的受激激子散射过程构成的太赫兹参量源。根据本专利技术优选的，所述的太赫兹参量源的太赫兹波输出频率范围为3.17-6.13THz。根据本专利技术优选的，所述太赫兹参量器件还包括太赫兹参量器件的后腔镜、太赫兹参量器件的输出镜，所述激光泵浦系统发出的激光沿太赫兹参量器件的后腔镜、磷酸钛氧钾晶体和太赫兹参量器件的输出镜依次射出。根据本专利技术优选的，所述磷酸钛氧钾晶体为非线性晶体磷酸钛氧钾。由激光泵浦系统产生的激光束经过太赫兹参量器件内的非线性晶体磷酸钛氧钾，所述非线性晶体磷酸钛氧钾具有拉曼与红外活性振动模，产生受激激子散射，产生非线性参量过程，通过所述的太赫兹参量器件中的角度旋转台改变泵浦光入射到磷酸钛氧钾中的角度，可获得3.17THz到6.13THz频率范围内的可调谐的太赫兹参量源。根据本专利技术优选的，所述非线性晶体磷酸钛氧钾的晶体的切割方向θ=90°，φ为任意角度，所述θ是泵浦激光与非线性晶体z轴的夹角，φ为非线性晶体x轴与非线性晶体侧面的夹角，非线性晶体的长度为l，非线性晶体的宽度为d。根据本专利技术优选的，所述非线性晶体磷酸钛氧钾的晶体的切割方向如图1所示，x，y，z分别表示磷酸钛氧钾晶体的x轴，y轴和z轴方向，太赫兹出射面与非线性晶体磷酸钛氧钾的晶体x轴的切割角度φ1的范围为-45°到-15°。入射泵浦激光和受激激子散射过程中产生的Stokes光在太赫兹出射面上发生全反射，而太赫兹波可以垂直或者近于垂直于该表面输出，晶体长度为l，宽度为d，厚度为h，l与d的大小满足l+d/tanφ1<-d/tanφ1<l，晶体的宽度d和厚度h可根据泵浦光斑大小来选择。根据本专利技术优选的，所述的非线性晶体磷酸钛氧钾的两端面均镀有增透膜。增透膜的波长范围可根据选用的泵浦源的波长来决定；在太赫兹波出射面做抛光处理。根据本专利技术优选的，所述的太赫兹参量器件的后腔镜镀有在Stokes波段的高反膜。使所述的太赫兹参量器件的输出镜的镀膜在Stokes波段具有一定的透过率。根据本专利技术优选的，所述的非线性晶体磷酸钛氧钾的晶体的切割方向θ=90°，φ的取值范围为-10°到+10°，所述θ是泵浦激光与非线性晶体z轴的夹角，φ为非线性晶体x轴与非线性晶体侧面的夹角，非线性晶体的长度为l，非线性晶体的宽度为d；厚度为h，晶体长度l，宽度d，厚度h可根据实际需求和泵浦激光光斑的面积来选择。所述的太赫兹参量器件还包括太赫兹波耦合部件，所述的太赫兹波耦合部件是硅材料棱镜，所述硅材料棱镜与非线性晶体的的xz面无缝隙接触。棱镜的数量和尺寸大小可根据非线性晶体的尺寸大小决定。根据本专利技术优选的，所述的非线性晶体磷酸钛氧钾的两端面，即yz面均镀有增透膜；在太赫兹波出射面（xz面）做抛光处理。所述增透膜的波长范围可根据选用的泵浦源的波长来决定。根据本专利技术优选的，所述的太赫兹参量器件的后腔镜镀有在Stokes波段的高反膜。所述的太赫兹参量器件的输出镜的镀膜在Stokes波段具有一定的透过率。根据本专利技术优选的，所述激光泵浦系统为LD泵浦的连续激光系统、准连续的重复频率为100Hz-100kHz的脉冲激光系统、闪光灯泵浦或者LD泵浦的低重频的1-100Hz的激光系统；所述激光泵浦系统在磷酸钛氧钾非线性晶体中提供的功率密度不低于10MW/cm2；所述的冷却系统为循环水冷却系统或半导体制冷系统。所述循环水冷却——晶体侧面均用带有管道的金属块包住，金属块的管道内持续通有循环冷却水，用来给晶体降低温度；所述半导体制冷——晶体侧面被半导体制冷块包围。一种基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源的工作方法如下：激光泵浦源系统发出的泵浦光进入到所述太赫兹参量器件的磷酸钛氧钾非线性晶体中，与磷酸钛氧钾晶体中同时具有拉曼与红外活性的晶体振动模相互作用，产生受激激子散射，在太赫兹参量器件内形成Stokes激光，同时产生太赫兹辐射波，并利用硅棱镜耦合阵列耦合方式或者通过垂直表面发射的方式获得太赫兹辐射输出。本专利技术的优势在于：本专利技术所述的一种基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源，使用了一种新的非线性晶体磷酸钛氧钾，该晶体非线性增益较高，同时具有高的损伤阈值，通过角度调谐的方式可以获得3.17THz到6.13THz频率范围内的可调谐的太赫兹辐射波。附图说明图1是本专利技术中所述非线性晶体磷酸钛氧钾的晶体的切割方向示意图；图2为本专利技术中基于磷酸钛氧钾晶体的A1振动模268.5cm-1产生的激子色散曲线以及非共线相位匹配关系图；图3为是本专利技术的外腔泵浦、垂直表面发射的磷酸钛氧钾太赫兹参量源的光路结构示意图；图4本专利技术的外腔泵浦、垂直表面发射的磷酸钛氧钾太赫兹参量源中非线性晶体磷酸钛氧钾的外形尺寸；图5为本专利技术的外腔泵浦、硅棱镜阵列耦合输出的磷酸钛氧钾太赫兹参量源的光路结构示意图；图6为本专利技术的LD端面泵浦的调Q运转、内腔泵浦的、硅棱镜阵列耦合输出的、基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源的光路结构示意图；图7为本专利技术的LD侧面泵浦的调Q运转、内腔泵浦的、垂直表面发射的磷酸钛氧钾太赫兹参量源的光路结构示意图；图8为本专利技术外腔泵浦、硅棱镜阵列耦合输出的磷酸钛氧钾太赫兹参量源的光路结构示意图；图9为本专利技术的外腔泵浦、垂直表面发射的磷酸钛氧钾太赫兹参量源的角度调谐范围。其中：1.脉冲激光泵浦源，2.扩束器或者缩束器，3.半波片，4.太赫兹参量器件的后腔镜，5.太赫兹参量器件的非线性晶体磷酸钛氧钾，6.太赫兹参量器件的输出镜，7，角度旋转台，8.太赫兹硅棱镜耦合部件，9.激光二极管LD，10.光纤，11.耦合透镜组，12.泵浦激光系统谐振腔后腔镜，13.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源，其特征在于，该太赫兹参量源包括激光泵浦系统、太赫兹参量器件和冷却系统；所述太赫兹参量器件包括磷酸钛氧钾晶体，所述激光泵浦系统发出泵浦激光沿太赫兹参量器件照射，所述磷酸钛氧钾晶体的受激激子散射过程构成的太赫兹参量源。2.根据权利要求1所述的一种基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源，其特征在于，所述的太赫兹参量源的太赫兹波输出频率范围为3.17-6.13THz。3.根据权利要求1所述的一种基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源，其特征在于，所述太赫兹参量器件还包括太赫兹参量器件的后腔镜、太赫兹参量器件的输出镜，所述激光泵浦系统发出的激光沿太赫兹参量器件的后腔镜、磷酸钛氧钾晶体和太赫兹参量器件的输出镜依次射出。4.根据权利要求1所述的一种基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源，其特征在于，所述磷酸钛氧钾晶体为非线性晶体磷酸钛氧钾。5.根据权利要求4所述的一种基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源，其特征在于，所述非线性晶体磷酸钛氧钾的晶体的切割方向θ=90°，φ为任意角度，所述θ是泵浦激光与非线性晶体z轴的夹角，φ为非线性晶体x轴与非线性晶体侧面的夹角，非线性晶体的长度为l，非线性晶体的宽度为d。6.根据权利要求5所述的一种基于磷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源，其特征在于，x，y，z分别表示磷酸钛氧钾晶体的x轴，y轴和z轴方向，太赫兹出射面与非线性晶体磷酸钛氧钾的晶体x轴的切割角度φ1的范...

【专利技术属性】
技术研发人员：张行愚，王伟涛，丛振华，王青圃，秦增光，刘兆军，陈晓寒，唐关琦，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：