本发明专利技术公开了一种基于光学差频效应的多束太赫兹波辐射源，从泵浦源出射的泵浦光入射KTP光学参量振荡器，经光学参量效应产生两束偏振正交差频光；两束偏振正交差频光经四分之一波片和格兰棱镜后变为两束偏振平行差频光；两束偏振平行差频光经光束扫描器后垂直入射PPLN晶体，并在晶体左半部分和右半部分分别发生多次全反射后从晶体出射；在每一个全反射点两束差频光和太赫兹波满足准相位匹配，经光学差频效应产生太赫兹波，太赫兹波波矢垂直于晶体并从晶体出射；在PPLN晶体内可以设置多个全反射点，从而能够产生多束太赫兹波。两束差频光可以产生多束THz波，有效提高差频光利用效率和THz波量子转换效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太赫兹波技术应用领域，具体涉及一种基于光学差频效应的多光束太赫兹波辐射源。
技术介绍
太赫兹（Terahertz，简称THz，1THz=1012Hz）波是指频率在0.1-10 THz范围内的电磁波, 其波段介于毫米波和红外波之间。这个波段不仅仅被认为是传统微波波段和光学波段相衔接的区域，而且也被认为是宏观和微观的过渡区间。与相邻的两个波段不同，因为缺乏有效的太赫兹波的产生和探测技术，太赫兹波段长期以来没有得到较为系统的研究。因为人们对太赫兹波段各种特性的了解非常的有限，所以太赫兹波段也被称作电磁波谱的“太赫兹空隙”。介于微波波段和光波波段之间的太赫兹波具有许多特殊的性质。首先，许多有机大分子的振动和转动频率主要集中在太赫兹波段，因而它们会对相应的太赫兹波产生强烈的吸收和共振。这一特性可以被利用于检验某些特殊的化合物，比如毒品。其次，太赫兹波可以穿透一些在可见光和红外波段不透明的物质，如：衣物、木材、纸张和塑料等。因此，我们可以利用太赫兹辐射检测隐藏在这些在太赫兹波段是透明的物质中的夹带物、缺陷、损伤等等。再次，与X射线相比，太赫兹波具有更长的波长。那么，在太赫兹波段单个光子的能量就要比在X射线波段的单光子能量低得多。于是，在医学和生物学方面的应用中，太赫兹波比X射线显示出了更高的安全性。最后，与微波相比较而言，太赫兹波的波长更短。因此，在成像的应用中，太赫兹波成像具有比微波成像更高的空间分辨率，使得所成的图像更为清晰。而在通信领域，太赫兹波段比微波波段具有更宽的带宽。缺少的能够产生高功率、高质量、高效率的太赫兹波，且低成本并能在室温下运转的太赫兹源是目前面临的主要问题。目前太赫兹波的产生方法主要有电子学方法和光子学方法。电子学方法是一般将电磁辐射的波长从毫米波延伸到太赫兹波段，也就相当于一个频率变大的过程，但是当频率大于1THz时会遇到很大的障碍，以至于效率变的很低，同时电子学方法产生的太赫兹波辐射源体积庞大，限制了其在很多领域中的应用。而光子学方法其主要方向就是把可见光或者红外光向太赫兹波段转换。此方法的优势在于产生的THz辐射源具有很高的相干性和方向性，但是现阶段产生的太赫兹波功率和效率都较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于光学差频效应的多光束太赫兹波辐射源，用以解决现有太赫兹波功率低、效率低等问题。本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种基于光学差频效应的多束太赫兹波辐射源，包括泵浦源、KTP光学参量振荡器、滤波镜、四分之一波片、格兰棱镜、光束扫描器和PPLN晶体；从泵浦源出射的泵浦光入射KTP光学参量振荡器，经光学参量效应产生两束偏振正交差频光；两束偏振正交差频光经四分之一波片和格兰棱镜后变为两束偏振平行差频光；两束偏振平行差频光经光束扫描器后垂直入射PPLN晶体，并在晶体左半部分和右半部分分别发生多次全反射后从晶体出射；在每一个全反射点两束差频光和太赫兹波满足准相位匹配，经光学差频效应产生太赫兹波，太赫兹波波矢垂直于晶体并从晶体出射；在PPLN晶体内可以设置多个全反射点，从而能够产生多束太赫兹波。所述KTP光学参量振荡器包括第一平面镜、第一KTP晶体、第二KTP晶体和第二平面镜，从泵浦源出射的泵浦光由第一平面镜输入，并依次经过第一KTP晶体和第二KTP晶体，最终由第二平面镜输出。所述泵浦源发出的泵浦光经第一平面镜入射两块完全相同的第一KTP晶体和第二KTP晶体，采用II 类相位匹配（o→e+o）方式，经光学参量效应产生两束差频光λ1和λ2，第一KTP晶体和第二KTP晶体对称放置，即第一KTP晶体沿Z轴旋转180°得到第二KTP晶体，这样放置可以消除差频光λ1和λ2在KTP晶体中的走离；差频光λ1和λ2在由第一平面镜和第二平面镜组成的谐振腔中振荡放大，并经第二平面镜输出。所述第一平面镜对532nm光高透，对900-1200nm光高反，第二平面镜对900-1200nm光透过率为20%。所述第一KTP晶体和第二KTP晶体的尺寸为15mm（X轴）×7mm（Y轴）×8mm（Z轴）。所述PPLN晶体的右侧设置有第一聚乙烯透镜，PPLN晶体的左侧设置有第二聚乙烯透镜，PPLN晶体右侧出射的多束太赫兹波被第一聚乙烯透镜聚焦，PPLN晶体左侧出射的多束太赫兹波被第二聚乙烯透镜聚焦。所述泵浦源为532nm绿光连续激光器，线宽在1MHz，功率为20W。所述滤波镜对532nm泵浦光45°角高反射，对差频光λ1和λ2高透射。所述PPLN晶体在X-Y平面为平行四边形，分为左半部分和右半部分，其光轴平行于两束差频光的偏振方向，PPLN晶体左半部分和右半部分的极化周期矢量分别垂直于左上差频光波矢和右上差频光波矢。所述PPLN晶体的太赫兹波出射面上镀有差频光全反射膜。本专利技术基于光学差频效应的多光束太赫兹波辐射源与现有的基于差频效应的太赫兹辐射源相比，具有以下优点：（1）两束差频光可以产生多束THz波，有效提高差频光利用效率和THz波量子转换效率。（2）差频过程采用准相位匹配方式，两束差频光和THz波共线相互作用，有效提高三波相互作用体积。（3）THz波波矢垂直于晶体，直接从晶体表面出射，不需要其他耦合输出装置，降低THz波耦合输出损耗。（4）利用KTP晶体光学参量振荡器获得波长调谐的两束差频光，可以实现THz波的频率调谐输出，调谐方式简单，操作灵活。附图说明图1是本专利技术实施例的结构原理图。图2是为PPLN晶体中两束差频光和太赫兹波相位匹配示意图，图中k1、k2、kT、kΛ分别为差频光λ1、差频光λ2、太赫兹波、PPLN晶体极化周期的波矢，θ角为差频光波矢k1与THz波波矢kT之间的夹角。图3是相位匹配角θ、太赫兹波频率、PPLN极化周期Λ之间的关系，图中假定λ1为1064nm。其中，1是泵浦源；2是第一平面镜；3是第一KTP晶体；4是第二KTP晶体；5是第二平面镜；6是滤波镜；7是四分之一波片；8是格兰棱镜；9是光束扫描器；10是PPLN晶体；11是第一聚乙烯透镜；12是第二聚乙烯透镜。具体实施方式如附图1所示，一种基于光学差频效应的多束太赫兹波辐射源，其特征在于：包括泵浦源1、KTP光学参量振荡器、滤波镜6、四分之一波片7、格兰棱镜8、光束扫描器9和PPLN晶体10；其中，PPLN晶体10为周期极化铌酸锂晶体。从泵浦源1出射的泵浦光入射KTP光学参量振荡器，经光学参量效应产生两束偏振正交差频光；两束偏振正交差频光经四分之一波片7和格兰棱镜8后变为两束偏振平行差频光；两束偏振平行差频光经光束扫描器9后垂直入射PPLN晶体10，并在晶体左半部分和右半部分分别发生多次全反射后从晶体出射；在每一个全反射点两束差频光和太赫兹波满足准相位匹配，经光学差频效应产生太赫兹波，太赫兹波波矢垂直于晶体并从晶体出射；在PPLN晶体10内可以设置多个全反射点，从而能够产生多束太赫兹波。KTP光学参量振荡器包括第一平面镜2、第一KTP晶体3、第二KTP晶体4和第二平面镜5，从泵浦源1出射的泵浦光由第一平面镜2输入，并依次经过第一KTP晶体3和第二KTP晶体4，最终由第二平面镜5输出。泵浦源1发出的泵浦光经第一平面镜2入射两块完全相同的第一KTP晶体3和第二KTP晶体4，采用II 类相位匹配（o→e+o）方式，经光学参量本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光学差频效应的多束太赫兹波辐射源，其特征在于：包括泵浦源（1）、KTP光学参量振荡器、滤波镜（6）、四分之一波片（7）、格兰棱镜（8）、光束扫描器（9）和PPLN晶体（10）；从泵浦源（1）出射的泵浦光入射KTP光学参量振荡器，经光学参量效应产生两束偏振正交差频光；两束偏振正交差频光经四分之一波片（7）和格兰棱镜（8）后变为两束偏振平行差频光；两束偏振平行差频光经光束扫描器（9）后垂直入射PPLN晶体（10），并在晶体左半部分和右半部分分别发生多次全反射后从晶体出射；在每一个全反射点两束差频光和太赫兹波满足准相位匹配，经光学差频效应产生太赫兹波，太赫兹波波矢垂直于晶体并从晶体出射；在PPLN晶体（10）内可以设置多个全反射点，从而能够产生多束太赫兹波。
【技术特征摘要】
1.一种基于光学差频效应的多束太赫兹波辐射源，其特征在于：包括泵浦源（1）、KTP光学参量振荡器、滤波镜（6）、四分之一波片（7）、格兰棱镜（8）、光束扫描器（9）和PPLN晶体（10）；从泵浦源（1）出射的泵浦光入射KTP光学参量振荡器，经光学参量效应产生两束偏振正交差频光；两束偏振正交差频光经四分之一波片（7）和格兰棱镜（8）后变为两束偏振平行差频光；两束偏振平行差频光经光束扫描器（9）后垂直入射PPLN晶体（10），并在晶体左半部分和右半部分分别发生多次全反射后从晶体出射；在每一个全反射点两束差频光和太赫兹波满足准相位匹配，经光学差频效应产生太赫兹波，太赫兹波波矢垂直于晶体并从晶体出射；在PPLN晶体（10）内可以设置多个全反射点，从而能够产生多束太赫兹波。2.根据权利要求1所述的基于光学差频效应的多束太赫兹波辐射源，其特征在于：所述KTP光学参量振荡器包括第一平面镜（2）、第一KTP晶体（3）、第二KTP晶体（4）和第二平面镜（5），从泵浦源（1）出射的泵浦光由第一平面镜（2）输入，并依次经过第一KTP晶体（3）和第二KTP晶体（4），最终由第二平面镜（5）输出。3. 根据权利要求2所述的基于光学差频效应的多束太赫兹波辐射源，其特征在于：所述泵浦源（1）发出的泵浦光经第一平面镜（2）入射两块完全相同的第一KTP晶体（3）和第二KTP晶体（4），采用II 类相位匹配（o→e+o）方式，经光学参量效应产生两束差频光λ1和λ2，第一KTP晶体（3）和第二KTP晶体（4）对称放置，即第一KTP晶体（3）沿Z轴旋转180°得到第二KTP晶体（4），这样放置可以消除差频光λ1和λ2在KTP晶体中的走离；差频光λ1和λ2在由第一平面镜（2）和第二平面镜（5...
【专利技术属性】
技术研发人员：李忠洋，邴丕彬，王思磊，王孟涛，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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