一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统及其工作方法,包括激光泵浦系统、太赫兹参量器件和冷却系统，太赫兹参量器件包括砷酸钛氧铷晶体,激光泵浦系统发出泵浦激光沿太赫兹参量器件照射,砷酸钛氧铷晶体的受激激子散射产生输出频率范围为3.42‑6.47THz的太赫兹。本发明专利技术使用了非线性砷酸钛氧铷晶体,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3.42THZ到6.47THZ频率范围内的可调谐的太赫兹辐射波。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统及其工作方法，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。砷酸钛氧铷晶体的最低A1对称振动模为236cm-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3.42THZ到6.47THZ频率范围内的可调谐的太赫兹辐射源,扩展了基于LiNb03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
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统；本专利技术还提供了上述太赫兹产生系统的工作方法；本专利技术利用砷酸钛氧铷晶体的受激激子散射过程构成的太赫兹产生系统。该太赫兹产生系统实现了3.42-6.47THZ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为：一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统,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砷酸钛氧铷晶体,所述激光泵浦系统发出泵浦激光沿所述太赫兹参量器件照射,所述砷酸钛氧铷晶体的受激激子散射产生输出频率范围为3.42-6.47THz的太赫兹。根据本专利技术优选的，所述砷酸钛氧铷晶体的切割方向θ的取值范围为85-95°，所述θ是泵浦激光与所述砷酸钛氧铷晶体z轴的夹角；所述砷酸钛氧铷晶体x轴与所述砷酸钛氧铷晶体的Z轴的夹角Φ的取值范围为0-20°；太赫兹出射面与所述砷酸钛氧铷晶体x轴的切割角度Φ1的范围为15-45°，所述砷酸钛氧铷晶体的长度l、所述砷酸钛氧铷晶体的宽度d满足以下关系：1+d/tanΦ1＜-d/tanΦ1＜l。由激光泵浦系统产生的激光束经过太赫兹参量器件内的砷酸钛氧铷晶体,砷酸钛氧铷晶体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,通过所述太赫兹参量器件中的角度旋转台改变泵浦光入射到砷酸钛氧铷中的角度,可获得3.42THZ到6.47THZ频率范围内的可调谐的太赫兹。进一步优选的，所述砷酸钛氧铷晶体的切割方向θ＝90°。根据本专利技术优选的,所述砷酸钛氧铷晶体为非线性砷酸钛氧铷晶体，所述非线性砷酸钛氧铷晶体的两端面均镀有增透膜，增透膜的波长范围可根据选用的激光泵浦系统中的泵浦源的波长来决定，所述太赫兹出射面做抛光处理。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所述太赫兹参量器件的后腔镜、所述砷酸钛氧铷晶体、所述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,所述太赫兹参量器件的后腔镜镀有在Stokes波段的高反膜,所述Stokes波段的波长范围为1070-1100nm。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,所述太赫兹参量器件还包括太赫兹波耦合部件,所述太赫兹波耦合部件是硅材料棱镜,所述硅材料棱镜与所述非线性砷酸钛氧铷晶体的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LD泵浦的低重频的1-100HZ的激光系统；所述激光泵浦系统在所述非线性砷酸钛氧铷晶体中提供的功率密度不低于10MW/cm3；所述冷却系统为循环水冷却系统或半导体制冷系统。所述循环水冷却系统是指：在所述非线性砷酸钛氧铷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,用来给非线性砷酸钛氧铷晶体降低温度；所述半导体制冷系统是指：所述非线性砷酸钛氧铷晶体侧面被半导体制冷块包围。上述太赫兹产生系统的工作方法，具体步骤包括：激光泵浦源系统发出的泵浦激光进入所述太赫兹参量器件的所述非线性砷酸钛氧铷晶体中,与所述非线性砷酸钛氧铷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,在所述太赫兹参量器件内形成Stokes激光,同时产生太赫兹辐射波,利用硅棱镜耦合阵列耦合方式或者通过垂直太赫兹出射面发射的方式获得太赫兹辐射输出。硅棱镜耦合阵列耦合方式即通过放置一排角度特定的硅棱镜，将产生的太赫兹输出；通过垂直太赫兹出射面发射的方式即通过角度的设计与晶体的切割，使得太赫兹垂直于太赫兹出射面产生并直接输出。本专利技术的有益效果为：本专利技术使用了非线性砷酸钛氧铷晶体,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3.42THZ到6.47THZ频率范围内的可调谐的太赫兹辐射波。附图说明图1是本专利技术非线性砷酸钛氧铷晶体的切割方向示意图；图2是本专利技术的外腔泵浦、垂直太赫兹出射面发射的太赫兹产生系统的光路结构示意图；图3是本专利技术的外腔泵浦、垂直太赫兹出射面发射的太赫兹产生系统中非线性砷酸钛氧铷晶体的外形结构图；图4为本专利技术的外腔泵浦、硅棱镜阵列耦合输出的太赫兹产生系统的光路结构示意图；图5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太赫兹产生系统的光路结构示意图；图6为本专利技术的LD侧面泵浦的调Q运转、内腔泵浦的、垂直太赫兹出射面发射的太赫兹产生系统的光路结构示意图；图7为本专利技术外腔泵浦、硅棱镜阵列耦合输出的太赫兹产生系统的光路结构示意图。1.脉冲激光泵浦源，2.扩束器，3.半波片，4.太赫兹参量器件的后腔镜，5.砷酸钛氧铷晶体，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.冷却恒温系统，14.激光增益介质，15.调Q开关，16.起偏器，17.泵浦激光系统谐振腔输出镜，18.LD侧面泵浦模块。具体实施方式下面结合说明书附图和实施例对本专利技术作进一步限定，但不限于此。实施例1一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统,如图2所示，包括激光泵浦系统、太赫兹参量器件和冷却系统，太赫兹参量器件包括砷酸钛氧铷晶体5,激光泵浦系统发出泵浦激光沿太赫兹参量器件照射,砷酸钛氧铷晶体5的受激激子散射产生输出频率范围为3.42-6.47THz的太赫兹，砷酸钛氧铷晶体5为非线性砷酸钛氧铷晶体。激光泵浦系统包括脉冲激光泵浦源1、扩束器2、半波片3、太赫兹参量器件的后腔镜4、砷酸钛氧铷晶体5、太赫兹参量器件的输出镜6，太赫兹参量器件的后腔镜4、非线性砷酸钛氧铷晶体5、太赫兹参量器件的输出镜6固定在角度旋转台7上；半波片3调整泵浦激光的偏振态与砷酸钛氧铷晶体5的Z轴平行；太赫兹参量器件的后腔镜4、太赫兹参量器件的输出镜6构成太赫兹参量振荡器的谐振腔。脉冲激光泵浦源1为Nd:YAG调Q脉冲激光泵浦源,波长为1064.Znm,重复频率为1-100本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统,其特征在于，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砷酸钛氧铷晶体,所述砷酸钛氧铷晶体为非线性砷酸钛氧铷晶体，所述激光泵浦系统发出泵浦激光沿所述太赫兹参量器件照射,所述砷酸钛氧铷晶体的受激激子散射产生输出频率范围为3.42‑6.47THz的太赫兹。

【技术特征摘要】
1.一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统,其特征在于，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砷酸钛氧铷晶体,所述砷酸钛氧铷晶体为非线性砷酸钛氧铷晶体，所述激光泵浦系统发出泵浦激光沿所述太赫兹参量器件照射,所述砷酸钛氧铷晶体的受激激子散射产生输出频率范围为3.42-6.47THz的太赫兹。2.根据权利要求1所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统,其特征在于，所述砷酸钛氧铷晶体的切割方向θ的取值范围为85-95°，所述θ是泵浦激光与所述砷酸钛氧铷晶体z轴的夹角；所述砷酸钛氧铷晶体x轴与所述砷酸钛氧铷晶体的Z轴的夹角Φ的取值范围为0-20°；太赫兹出射面与所述砷酸钛氧铷晶体x轴的切割角度Φ1的范围为15-45°，所述砷酸钛氧铷晶体的长度l、所述砷酸钛氧铷晶体的宽度d满足以下关系：1+d/tanΦ1＜-d/tanΦ1＜l。3.根据权利要求2所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统,其特征在于，所述砷酸钛氧铷晶体的切割方向θ＝90°。4.根据权利要求2所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统,其特征在于，所述非线性砷酸钛氧铷晶体的两端面均镀有增透膜，所述太赫兹出射面做抛光处理。5.根据权利要求2所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统,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所述太赫兹参量器件的后腔镜、所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张行愚，李圆，高飞龙，刘兆军，丛振华，秦增光，吴东，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37