本发明专利技术提供一种大能量太赫兹脉冲产生方法和装置，将一束高能量的飞秒脉冲均匀的分成两束或多束，将它们分别入射到参数完全相同的ZeTn晶体中，通过飞秒脉冲光整流过程在晶体中分别产生太赫兹脉冲，通过调节时间延迟使产生的太赫兹脉冲同时到达探测器，可以得到相干合成的太赫兹脉冲。本发明专利技术通过两级或多级光整流过程的并联，再相干合成输出太赫兹脉冲，克服了单块晶体损伤阈值低不能充分利用激光器能量的缺点。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种大能量太赫兹脉冲产生方法和装置，将一束高能量的飞秒脉冲均匀的分成两束或多束，将它们分别入射到参数完全相同的ZeTn晶体中，通过飞秒脉冲光整流过程在晶体中分别产生太赫兹脉冲，通过调节时间延迟使产生的太赫兹脉冲同时到达探测器，可以得到相干合成的太赫兹脉冲。本专利技术通过两级或多级光整流过程的并联，再相干合成输出太赫兹脉冲，克服了单块晶体损伤阈值低不能充分利用激光器能量的缺点。【专利说明】大能量太赫兹脉冲产生方法和装置
本专利技术属于大能量光学太赫兹辐射技术，具体涉及一种基于光整流产生太赫兹辐 射和光学相干合成的方法及其装置。
技术介绍
太赫兹（THz)辐射通常指的是从0. 1?ΙΟΤΗζ的电磁波，其波段在微波和远红外 之间。在电磁光谱上，THz波段两侧的红外和微波辐射技术已经非常成熟，但是THz技术却 和邻近波段上的这些成熟技术很不相称。从太赫兹频谱特点来看，相对于微波毫米波而言， 太赫兹波具有频率高波长短的特点，可使电子设备具有较大通信带宽、较高分辨率，并能实 现小型化与轻量化；而相对于光波而言，太赫兹波具有较高穿透性，能够提升电子设备在烟 尘等恶劣环境下的工作能力，太赫兹波的光子能量较低，能够用于对生物活体组织进行无 损检查等。对THz波段广泛的研究兴趣还是在20世纪80年代中期以超快光电子学为基础 的脉冲THz技术产生以后。近20年来，随着低尺度半导体技术、超快激光技术以及超快光电 子技术的飞速发展，THz技术表现出了极大的应用潜力。开发THz波技术将对宽带通信、雷 达探测、电子对抗、电磁武器、天文学、无标记基因检查、细胞成像、无损检测、生化物检查、 粮食选种，菌种优选等多领域的技术发展带来深远影响。 THz在上述领域具有非常广阔的应用前景，但是至今THz技术终究没有大规模走 出实验室，进入人类的生产生活，主要原因是由于在高于100GHz的频率上，传输元件和介 质的损耗急剧增大，无线电接收装置的灵敏度降低，有效产生振荡的困难程度增加，对工作 仪器和微波传输系统元件的制造精度要求提高，从而使得THz波在发射、传播和探测等方 面还有一些关键问题没有得到圆满解决，这些问题阻碍了这种有价值的技术走向实际应 用，所以在这些领域的每一项突破性研究成果都会将THz技术的转化推进一大步。而追根 朔源，THz技术的龙头牵引力量依旧是THz波源技术，大能量辐射技术的缺乏严重阻碍了各 种相关研究的进一步深入，有必要集中力量解决THz波产生的关键问题。 根据产生方法不同，太赫兹源主要分为基于电子学方法的太赫兹源和基于光子学 方法的太赫兹源两类。电子学方法主要是将微波毫米波上变频至太赫兹波，主要器件有倍 频器、返波管（BW0)、耿氏振荡器（Gunn Oscillator)、量子级联激光器（QCL)、自由电子激 光器（FEL)以及利用储存环加速器来产生高亮度THz辐射等。然而由于受到工艺及一些 核心器件本身的限制，基于电子学方法产生的太赫波的频率往往小于ITHz。光子学方法主 要是将可见光或红外线下变频至太赫兹波，主要有光整流（Optical Rectification)、光差 频（DFG)、光泵浦（Opical pumping)、光电导（Photoconductive、光参量、Cherenkov福射效 应、空气等离子体中的四波混频等方法。基于光子学方法产生太赫兹波具有较好的方向性 和相干性，并且频率范围能够覆盖整个太赫兹波段。光学差频THz源由于结构紧凑、调谐范 围广、室温稳定运转的优点使其成为最有希望得到广泛应用的技术之一，但多数光子学方 法存在产生的太赫兹脉冲能量较低，目前在实验中产生的最高单脉冲能量为125 μ J。因此， 进一步提高产生的太赫兹脉冲的能量使其达到mj级是太赫兹科学技术发展的关键。
技术实现思路
为了解决现有光学方法产生太赫兹脉冲的能量低的问题，本专利技术提出了利用同源 脉冲泵浦非线性晶体通过光整流产生太赫兹脉冲的大能量太赫兹脉冲产生方法和装置。 本专利技术的技术解决方案如下： -种大能量太赫兹脉冲产生方法，其特殊之处在于：包括以下步骤： 1)将一束高能量的飞秒脉冲均匀的分成两束或多束，各束飞秒脉冲具有相同的重 复频率和相同的载波包络相位差； 2)将两个或多个具有相同的重复频率和相同的载波包络相位差的飞秒脉冲束分 别入射到参数完全相同的同源脉冲泵浦非线性晶体中，各飞秒脉冲束分别在晶体中进行光 整流产生对应的太赫兹脉冲； 3)调节时间延迟及太赫兹脉冲的传播方向，使所产生的两束或多束太赫兹脉冲能 够相干合成从而产生大能量太赫兹脉冲。 在步骤2)之后还包括滤除剩余飞秒脉冲的步骤。 一种大能量太赫兹脉冲产生装置，其特殊之处在于：包括钛宝石飞秒激光器、光分 束单元、整流单元、合成单元、探测器， 所述光分束单元包括多个具有一定透反比的反射镜，其中第一个反射镜设置在钛 宝石飞秒激光器的输出光路上，第二个反射镜设置在第一反射镜的反射光路上，其余反射 镜依次设置在前一反射镜的透射光路上； 所述整流单元包括设置在反射镜输出光路上的与反射镜一一对应的同源脉冲泵 浦非线性晶体； 所述合成单元包括设置在整流单元输入光路或输出光路上的多个时间延时线及 设置在整流单元的输出光路上的多个反射镜，所述多个时间延时线用于使同源脉冲泵浦非 线性晶体的出射光同时到达探测器，所述多个反射镜将多个同源脉冲泵浦非线性晶体的出 射光汇聚到探测器。 上述太赫兹脉冲产生装置还包括设置在同源脉冲泵浦非线性晶体输出光路上的 聚乙烯片。 上述太赫兹脉冲产生装置还包括设置在钛宝石飞秒激光器与第一个反射镜之间 的半波片。 上述同源脉冲泵浦非线性晶体为ZeTn晶体或LiNb03或GaP晶体。 本专利技术与现有技术相比，优点是： 1、对泵浦脉冲能量利用充分：本专利技术通过两级或多级光整流过程的并联，再相干 合成输出太赫兹脉冲，克服了单块晶体损伤阈值低不能充分利用激光器能量的缺点。 2、提高了输出太赫兹脉冲的能量：合成后脉冲的能量为合成前所有脉冲能量的总 和。 3、室温工作；本专利技术所涉及的所有光源和器件都可以在室温下稳定高效运转，无 需添加额外的控温设备，这是太赫兹量子级联激光器和电子学方法产生太赫兹所无法比拟 的。 4、性能稳定：本专利技术所涉及的所有光源和器件无需外加磁场和电场，无需低温制 冷，因此性能稳定。 5、方法简单结构紧凑，易于操作。 【专利附图】【附图说明】 图1本专利技术实施的原理框架图； 图2本专利技术实施的结构示意图； 图3本专利技术实施的合成前（实线）与合成后（虚线）的脉冲； 图4本专利技术实施的合成太赫兹脉冲的自相关图； 图5本专利技术实施的合成前（实线）与合成后（虚线）的光谱图。 【具体实施方式】 以下从本专利技术的原理入手结合附图对本专利技术做详细说明。 本专利技术的原理：本专利技术利用同源脉冲泵浦非线性晶体通过光整流产生太赫兹脉冲 的相干合成新技术。光学相干合成技术是产生高能量超短脉冲的有效方法，实现脉冲间的 相干合成有两个必备条件；第一，有相同的重复频率；第二，有相同的载波包络相位差。锁 模脉冲在频域可以看作是本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大能量太赫兹脉冲产生方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将一束高能量的飞秒脉冲均匀的分成两束或多束，各束飞秒脉冲具有相同的重复频率和相同的载波包络相位差；2)将两个或多个具有相同的重复频率和相同的载波包络相位差的飞秒脉冲束分别入射到参数完全相同的同源脉冲泵浦非线性晶体中，各飞秒脉冲束分别在晶体中进行光整流产生对应的太赫兹脉冲；3)调节时间延迟及太赫兹脉冲的传播方向，使所产生的两束或多束太赫兹脉冲能够相干合成从而产生大能量太赫兹脉冲。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘红军，李少鹏，孙启兵，黄楠，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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