一种基于光学混频效应的太赫兹波辐射源制造技术

本发明专利技术公开了一种基于光学混频效应的太赫兹波辐射源，包括泵浦源、分光镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜、第九反射镜、第十反射镜、第十一反射镜、第十二反射镜、第十三反射镜、第十四反射镜、第十五反射镜、第十六反射镜、第一MgO:LiNbO3晶体、第二MgO:LiNbO3晶体、第三MgO:LiNbO3晶体和第四MgO:LiNbO3晶体。本发明专利技术在光学参量过程中，太赫兹波作为种子光可以放大Stokes光，放大后的Stokes光再与泵浦光差频，有效增强太赫兹波输出功率。太赫兹波垂直于MgO:LiNbO3晶体出射，不需要任何耦合输出装置，有效减小太赫兹波输出损耗。通过改变泵浦光和Stokes光之间的夹角，可以得到频率调谐的太赫兹波。调谐方式简单，操作灵活。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太赫兹波
，具体涉及一种基于光学混频效应的太赫兹波辐射源。
技术介绍
太赫兹波（THz），是指频率处于0.1-10THz （1THz=1012Hz）范围内的电磁波，位于微波与红外辐射之间，在长波长处与毫米波重合，在短波长处与红外波重合，是电子学与光子学、宏观理论向微观理论的过渡区域。介于微波波段和红外波段之间的太赫兹波具有许多特殊的性质：（1）大量有机分子、半导体的子带和微带、转动和振动跃迁能量都在太赫兹波范围，太赫兹波的光谱分辨特性使得太赫兹波探测技术，尤其是太赫兹波光谱成像技术，除了能辨别物质的形貌外，还能鉴别物质的组成成分。（2）从其透过不同材料的光谱及成像来看，太赫兹波辐射能穿透非金属和非极性材料，如纺织品、纸板、塑料、木料等包装物。（3）太赫兹波的另一显著特点是它的安全性，能量仅有毫电子伏特，与X射线相比具有低能性，不会引起生物组织的光离化，从而可应用于人体安全检查或生物医学成像等方面。（4）太赫兹波辐射具有很好的空间、时间相干性。（5）太赫兹波带宽很宽，能够在目前隐身技术所能对抗的波段之外工作，所以可用它来探测隐身目标，以其作为辐射源的超宽带雷达能够获得隐形飞机的图像。缺少能够产生高功率、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波段转换，此方法的优势在于产生的太赫兹波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混频效应的太赫兹波辐射源，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：一种基于光学混频效应的太赫兹波辐射源，包括泵浦源、分光镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜、第九反射镜、第十反射镜、第十一反射镜、第十二反射镜、第十三反射镜、第十四反射镜、第十五反射镜、第十六反射镜、第一MgO:LiNbO3晶体、第二MgO:LiNbO3晶体、第三MgO:LiNbO3晶体和第四MgO:LiNbO3晶体；从泵浦源出射的泵浦光经分光镜分光后变为第一束泵浦光和第二束泵浦光，第一束泵浦光经第一反射镜反射后入射第一MgO:LiNbO3晶体，经光学参量效应产生第一Stokes光和第一太赫兹波，第一Stokes光在由第三反射镜和第四反射镜组成的谐振腔中振荡，第一太赫兹波直接入射第二MgO:LiNbO3晶体；第二束泵浦光经第二反射镜反射后入射第二MgO:LiNbO3晶体，经光学参量效应产生第二Stokes光和第二太赫兹波，第二Stokes光在由第五反射镜和第六反射镜组成的谐振腔中振荡，第二太赫兹波直接入射第一MgO:LiNbO3晶体；第二太赫兹波作为种子光入射第一MgO:LiNbO3晶体，经光学参量效应后放大第一Stokes光，第一太赫兹波作为种子光入射第二MgO:LiNbO3晶体，经光学参量效应后放大第二Stokes光；放大后的第一Stokes光经第四反射镜出射后，经第九反射镜和第十一反射镜反射后入射第三MgO:LiNbO3晶体，第一束泵浦光经第一反射镜、第一MgO:LiNbO3晶体、第七反射镜和第十三反射镜后入射第三MgO:LiNbO3晶体，第一Stokes光和第一束泵浦光在第三MgO:LiNbO3晶体中经光学差频效应产生第三太赫兹波，同时第一Stokes光在差频过程中被进一步放大，放大后的第一Stokes光经第十六反射镜反射后入射第四MgO:LiNbO3晶体，第一束泵浦光经第十五反射镜反射后入射第四MgO:LiNbO3晶体；放大后的第二Stokes光经第六反射镜出射后，经第十反射镜和第十二反射镜反射后入射第四MgO:LiNbO3晶体，第二束泵浦光经第二反射镜、第二MgO:LiNbO3晶体、第八反射镜和第十四反射镜后入射第四MgO:LiNbO3晶体，第二Stokes光和第二束泵浦光在第四MgO:LiNbO3晶体中经光学差频效应产生第四太赫兹波，同时第二Stokes光在差频过程中被进一步放大，放大后的第二Stokes光经第十六反射镜反射后入射第三MgO:LiNbO3晶体，第二束泵浦光经第十五反射镜反射后入射第三MgO:LiNbO3晶体；第一束泵浦光和第一Stokes光在第四MgO:LiNbO3晶体中发生光学差频效应，放大第四太赫兹波；第二束泵浦光和第二Stokes光在第三MgO:LiNbO3晶体中发生光学差频效应，放大第三太赫兹波。所述泵浦源为脉冲激光器，波长为1064nm，重复频率为10Hz，单脉冲能量为100mJ，偏振方向为Z轴。所述分光镜对泵浦光45°角半反射半透射。所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜、第九反射镜、第十反射镜、第十一反射镜、第十二反射镜、第十三反射镜、第十四反射镜、第十五反射镜和第十六反射镜的角度可调节，第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第五反射镜、第七反射镜、第八反射镜、第九反射镜、第十反射镜、第十一反射镜、第十二反射镜、第十三反射镜、第十四反射镜、第十五反射镜和第十六反射镜对波长范围在1060-1080nm内的pump光和Stokes光全反射，第四反射镜和第六反射镜对波长范围在1060-1080nm内的Stokes光透过率为60%。所述第一MgO:LiNbO3晶体、第二MgO:LiNbO3晶体、第三MgO:LiNbO3晶体和第四MgO:LiNbO3晶体是完全相同的，MgO掺杂浓度为5mol%，晶体的光轴沿Z轴，晶体在X-Y平面为等腰梯形，等腰梯形的两个内角分别为64.2°和115.8°，等腰梯形的两条边长度分别为20mm和37.4mm，晶体的腰边长度为20mm，晶体沿Z轴的厚度为8mm。除泵浦源外，整个装置沿Y轴严格对称。第一太赫兹波垂直于第一MgO:LiNbO3晶体出射，第二太赫兹波垂直于第二MgO:LiNbO3晶体出射，第三太赫兹波垂直于第三MgO:LiNbO3晶体出射，第四太赫兹波垂直于第四MgO:LiNbO3晶体出射，第一太赫兹波和第二太赫兹波共线传播。本专利技术提供的基于光学混频效应的太赫兹波辐射源与现有的基于差频或参量效应的太赫兹辐射源相比，具有以下优点：（1）在光学参量过程中，太赫兹波作为种子光可以放大Stokes光，放大后的Stokes光再与泵浦光差频，有效增强太赫兹波输出功率。（2）在光学混频过程中，Stokes光和剩余的泵浦光可以循环使用，有效提高泵浦光利用效率。（3）THz波垂直于MgO:LiNbO3晶体出射，不需要任何耦合输出装置，有效减小太赫兹波输出损耗。（4）通过改变泵浦光和Stokes光之间的夹角，可以得到频率调谐的太赫兹波。调谐方式简单，操作灵活。附图说明图1是本专利技术的结构原理图。图2是MgO:LiNbO3晶体泵浦光、Stokes光和太赫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光学混频效应的太赫兹波辐射源，其特征在于：包括泵浦源（1）、分光镜（3）、第一反射镜（6）、第二反射镜（7）、第三反射镜（12）、第四反射镜（13）、第五反射镜（14）、第六反射镜（15）、第七反射镜（18）、第八反射镜（19）、第九反射镜（20）、第十反射镜（21）、第十一反射镜（22）、第十二反射镜（23）、第十三反射镜（24）、第十四反射镜（25）、第十五反射镜（30）、第十六反射镜（31）、第一MgO:LiNbO3晶体（8）、第二MgO:LiNbO3晶体（9）、第三MgO:LiNbO3晶体（26）和第四MgO:LiNbO3晶体（27）；从泵浦源（1）出射的泵浦光（2）经分光镜（3）分光后变为第一束泵浦光（4）和第二束泵浦光（5），第一束泵浦光（4）经第一反射镜（6）反射后入射第一MgO:LiNbO3晶体（8），经光学参量效应产生第一Stokes光（10）和第一太赫兹波（16），第一Stokes光（10）在由第三反射镜（12）和第四反射镜（13）组成的谐振腔中振荡，第一太赫兹波（16）直接入射第二MgO:LiNbO3晶体（9）；第二束泵浦光（5）经第二反射镜（7）反射后入射第二MgO:LiNbO3晶体（9），经光学参量效应产生第二Stokes光（11）和第二太赫兹波（17），第二Stokes光（11）在由第五反射镜（14）和第六反射镜（15）组成的谐振腔中振荡，第二太赫兹波（17）直接入射第一MgO:LiNbO3晶体（8）；第二太赫兹波（17）作为种子光入射第一MgO:LiNbO3晶体（8），经光学参量效应后放大第一Stokes光（10），第一太赫兹波（16）作为种子光入射第二MgO:LiNbO3晶体（9），经光学参量效应后放大第二Stokes光（11）；放大后的第一Stokes光（10）经第四反射镜（13）出射后，经第九反射镜（20）和第十一反射镜（22）反射后入射第三MgO:LiNbO3晶体（26），第一束泵浦光（4）经第一反射镜（6）、第一MgO:LiNbO3晶体（8）、第七反射镜（18）和第十三反射镜（24）后入射第三MgO:LiNbO3晶体（26），第一Stokes光（10）和第一束泵浦光（4）在第三MgO:LiNbO3晶体（26）中经光学差频效应产生第三太赫兹波（28），同时第一Stokes光（10）在差频过程中被进一步放大，放大后的第一Stokes光（10）经第十六反射镜（31）反射后入射第四MgO:LiNbO3晶体（27），第一束泵浦光（4）经第十五反射镜（30）反射后入射第四MgO:LiNbO3晶体（27）；放大后的第二Stokes光（11）经第六反射镜（15）出射后，经第十反射镜（21）和第十二反射镜（23）反射后入射第四MgO:LiNbO3晶体（27），第二束泵浦光（5）经第二反射镜（7）、第二MgO:LiNbO3晶体（9）、第八反射镜（19）和第十四反射镜（25）后入射第四MgO:LiNbO3晶体（27），第二Stokes光（11）和第二束泵浦光（5）在第四MgO:LiNbO3晶体（27）中经光学差频效应产生第四太赫兹波（29），同时第二Stokes光（11）在差频过程中被进一步放大，放大后的第二Stokes光（11）经第十六反射镜（31）反射后入射第三MgO:LiNbO3晶体（26），第二束泵浦光（5）经第十五反射镜（30）反射后入射第三MgO:LiNbO3晶体（26）；第一束泵浦光（4）和第一Stokes光（10）在第四MgO:LiNbO3晶体（27）中发生光学差频效应，放大第四太赫兹波（29）；第二束泵浦光（5）和第二Stokes光（11）在第三MgO:LiNbO3晶体（26）中发生光学差频效应，放大第三太赫兹波（28）。...

【技术特征摘要】
1.一种基于光学混频效应的太赫兹波辐射源，其特征在于：包括泵浦源（1）、分光镜（3）、第一反射镜（6）、第二反射镜（7）、第三反射镜（12）、第四反射镜（13）、第五反射镜（14）、第六反射镜（15）、第七反射镜（18）、第八反射镜（19）、第九反射镜（20）、第十反射镜（21）、第十一反射镜（22）、第十二反射镜（23）、第十三反射镜（24）、第十四反射镜（25）、第十五反射镜（30）、第十六反射镜（31）、第一MgO:LiNbO3晶体（8）、第二MgO:LiNbO3晶体（9）、第三MgO:LiNbO3晶体（26）和第四MgO:LiNbO3晶体（27）；从泵浦源（1）出射的泵浦光（2）经分光镜（3）分光后变为第一束泵浦光（4）和第二束泵浦光（5），第一束泵浦光（4）经第一反射镜（6）反射后入射第一MgO:LiNbO3晶体（8），经光学参量效应产生第一Stokes光（10）和第一太赫兹波（16），第一Stokes光（10）在由第三反射镜（12）和第四反射镜（13）组成的谐振腔中振荡，第一太赫兹波（16）直接入射第二MgO:LiNbO3晶体（9）；第二束泵浦光（5）经第二反射镜（7）反射后入射第二MgO:LiNbO3晶体（9），经光学参量效应产生第二Stokes光（11）和第二太赫兹波（17），第二Stokes光（11）在由第五反射镜（14）和第六反射镜（15）组成的谐振腔中振荡，第二太赫兹波（17）直接入射第一MgO:LiNbO3晶体（8）；第二太赫兹波（17）作为种子光入射第一MgO:LiNbO3晶体（8），经光学参量效应后放大第一Stokes光（10），第一太赫兹波（16）作为种子光入射第二MgO:LiNbO3晶体（9），经光学参量效应后放大第二Stokes光（11）；放大后的第一Stokes光（10）经第四反射镜（13）出射后，经第九反射镜（20）和第十一反射镜（22）反射后入射第三MgO:LiNbO3晶体（26），第一束泵浦光（4）经第一反射镜（6）、第一MgO:LiNbO3晶体（8）、第七反射镜（18）和第十三反射镜（24）后入射第三MgO:LiNbO3晶体（26），第一Stokes光（10）和第一束泵浦光（4）在第三MgO:LiNbO3晶体（26）中经光学差频效应产生第三太赫兹波（28），同时第一Stokes光（10）在差频过程中被进一步放大，放大后的第一Stokes光（10）经第十六反射镜（31）反射后入射第四MgO:LiNbO3晶体（27），第一束泵浦光（4）经第十五反射镜（30）反射后入射第四MgO:LiNbO3晶体（27）；放大后的第二Stokes光（11）经第六反射镜（15）出射后，经第十反射镜（21）和第十二反射镜（23）反射后入射第四MgO:LiNbO3晶体（27），第二束泵浦光（5）经第二反射镜（7）、第二MgO:LiNbO3晶体（9）、第八反射镜（19）和第十四反射镜（25）后入射第四MgO:LiNbO3晶体（27），第二Stokes光（11）和第二束泵浦光（5）在第四MgO:LiNbO3晶体（27）中经光学差频效应产生第四太赫兹波（29），同时第二Sto...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠洋，王孟涛，王思磊，邴丕彬，袁胜，
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