一种改变太赫兹波偏振态的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种改变太赫兹波偏振态的系统和方法，平移台上方设置金属平面镜，金属平面镜一侧设置打孔抛物面镜，抛物面镜一侧设置太赫兹波探测器，其中，变波长光参量放大器用于使入射激光脉冲的波长等间距连续变化；抛物面镜用于将入射激光脉冲经过聚焦BBO晶体倍频后聚焦在空气中产生空气等离子体，在电场的作用下加速运动向外辐射太赫兹波；ZnTe晶体用于探测经离轴抛物面镜收集后的太赫兹波，并将探测所得到的信息输入差分探头中进行太赫兹时域光谱扫描，得到太赫兹的时域光谱图，经过数据处理分析太赫兹波的偏振随波长变化的图像。

System and method for changing polarization state of terahertz wave

The invention discloses a system and method for changing the THz wave polarization, metal plane mirror translation platform above the metal plane mirror is arranged on one side punching parabolic mirror, the parabolic mirror is arranged on one side of the terahertz wave detector, wherein the variable wavelength optical parametric amplifier for incident laser pulse wavelength spacing changes continuously; parabolic mirror for the incident the laser pulse focused by frequency doubling of BBO crystal after focusing in air by air plasma acceleration under the action of the electric field radiated terahertz wave; ZnTe crystal for terahertz wave detection by off-axis parabolic mirror after collection, and detection information input by the differential scanning probe in terahertz time-domain spectroscopy, get terahertz time-domain spectroscopy figure, the processed image data analysis with the change of wavelength of terahertz wave polarization.

【技术实现步骤摘要】
一种改变太赫兹波偏振态的系统和方法
本专利技术涉及太赫兹波的时域光谱技术应用领域，特别是涉及一种利用改变不同入射激光脉冲的波长从而改变太赫兹波偏振态的系统和方法。
技术介绍
太赫兹(Terahertz，THz)波(或称THz辐射、T－射线、亚毫米波、远红外，通常简称为THz)通常指的是频率在0.1THz～10THz(波长在3mm～30μm)范围内的电磁辐射。从频率上看，该波段位于毫米波和红外线之间，属于远红外波段；从能量上看，在电子和光子之间。太赫兹的独特性能给通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。研究太赫兹波的偏振对于了解太赫兹波的特性和应用有非常重要的作用，偏振是不同于其他频率段的波的一个特性，因此了解以及改变太赫兹波的偏振使得对太赫兹波的认识有了一个新的提升。偏振态的信息对于光谱成像都有一定的帮助，现在许多研究者都喜欢用偏振成像的方法来提取被成像物体的各种信息，而这些信息是用简单的光强成像和光谱成像所不能够得到的。另外，研究偏振也对我们生活做了巨大的贡献。之前我们所知道的简单的用光学器件波片来改变太赫兹波偏振态的方法已经很熟悉了，现在我们发现了一种通过改变实验的条件就可以改变太赫兹波偏振态的方法，就是改变入射激光脉冲的波长来改变产生的太赫兹波的偏振，这是之前的研究中所没有涉及和发现的。
技术实现思路
本专利技术涉及一种利用改变不同入射激光脉冲的波长从而改变太赫兹波偏振态的的系统和方法，本专利技术所述系统包括变波长光参量放大器(topas)、太赫兹波发生器、太赫兹波探测器、金属平面反射镜、BBO倍频晶体、抛物面镜、打孔抛物面镜、平移台、硅片、长波长滤光片，所述平移台上方放置金属平面反射镜，所述金属平面镜另一侧放置所述打孔抛物面镜，所述抛物面镜一侧放置所述太赫兹波探测器，采用所述太赫兹TDS系统构成简单、稳定性较高和购买和维护费用较低、采用此方法产生的太赫兹波信号强度高、稳定性强、具有较广的应用范围和研究意义。本专利技术要解决的技术问题是提供一种利用改变不同入射激光脉冲的波长从而改变太赫兹波偏振态的系统和方法，经光学参量放大器出来的中心波长800nm的飞秒激光入射到topas(变波长)中，在topas中经过非线性晶体的非线性作用会产生不同波长的激光脉冲，我们选取了长波长波段的几个激光脉冲，用TDS系统产生THz波，进而研究了所产生的太赫兹波的偏振特性。所产生的太赫兹波与之前的800nm激光脉冲产生太赫兹波相比较，强度更强大，能量更强，应用更稳定，效率更高，并且所用维护费用较低，只需要用之前空气产产生THz波的TDS系统做稍微的改动即可，另外由于空气中的水蒸气对太赫兹波的吸收较大，所以一般传统的方法产生的太赫兹波会被水蒸气所吸收一部分，所剩余的太赫兹又会更少，而我们的方法所产生的太赫兹波强度很强，空气中的水蒸气所吸收的部分可以忽略不计，因此这一专利技术具有很重要的意义。为达到上述目的，本专利技术提供了一种改变太赫兹波偏振态的系统，包括变波长光参量放大器、太赫兹波发生器、太赫兹波探测器、金属平面镜、BBO倍频晶体、抛物面镜、平移台、硅片、长波长滤光片，其中，所述平移台上方设置所述金属平面镜，所述金属平面镜一侧设置所述打孔抛物面镜，所述抛物面镜一侧设置所述太赫兹波探测器，其中，所述变波长光参量放大器用于使入射激光脉冲的波长等间距连续变化；所述抛物面镜用于将入射激光脉冲经过聚焦BBO晶体倍频后聚焦在空气中产生空气等离子体，在电场的作用下加速运动向外辐射太赫兹波；所述ZnTe晶体用于探测经离轴抛物面镜收集后的太赫兹波，并将探测所得到的信息输入差分探头中进行太赫兹时域光谱扫描，得到太赫兹的时域光谱图，经过数据处理分析太赫兹波的偏振随波长变化的图像。进一步地，所述变波长光参量放大器可出射任意波长的激光脉冲。进一步地，所述太赫兹波发生器为空气等离子体(四波混频)产生器。进一步地，所述太赫兹波探测器为电光取样探测器。为达到上述目的，本专利技术还提供了一种改变太赫兹波偏振态的方法，包括以下步骤：利用可改变波长的光参量放大器使入射激光脉冲的波长等间距连续变化；将所述的入射激光脉冲经过抛物面镜聚焦BBO晶体倍频后聚焦在空气中产生空气等离子体，在电场的作用下加速运动向外辐射太赫兹波；产生的太赫兹波经离轴抛物面镜收集后用ZnTe晶体探测；探测所得到的信息输入差分探头中进行太赫兹时域光谱扫描，得到太赫兹的时域光谱图，经过数据处理分析太赫兹波的偏振随波长变化的图像。进一步地，所述激光脉冲波长在长波长范围内为1300nm-1500nm。进一步地，所述BBO倍频晶体符合长波长最佳位相匹配角。进一步地，波长等间距间隔为20nm。本专利技术与现有技术不同之处在于本专利技术取得了如下技术效果：本系统构成简单，稳定性较好，易于搭建和成本较低，并且避免了空气中水蒸气强烈吸收太赫兹波的问题和提高了太赫兹波的产生强度和稳定性，并且产生的太赫兹波的偏振会随着波长的变化而变化，在线偏振和圆偏振之间变化，波长有微小的变化，随之产生的太赫兹波偏振就会发生变化，这是之前所做的研究中所没有说明和涉及到的，利用这一特性我们可以利用不同的波长来产生不同的偏振的太赫兹波。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术利用改变不同入射激光脉冲的波长从而改变太赫兹波偏振态的系统的结构示意图；图2a、图2b、图2c、图2d、图2e、图2f、图2g、图2h、图2i、图2j和图2k分别为实验所得到的太赫兹波偏振随着入射激光脉冲波长的变化而变化的示意图。附图标记说明：1-TOPAS-用来改变入射激光脉冲波长的激光器；2-金属平面反射镜；3-第一抛物面镜；5-第二抛物面镜；4-BBO倍频晶体，增大产生太赫兹的信号强度；5-长波长滤光片；6-硅片；7-ZnTe非线性晶体；8-打孔抛物面镜；9-ZnTe晶体；10-1/4波片；11-沃拉斯顿棱镜；12-差分探头。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术一种利用改变不同入射激光脉冲的波长从而改变太赫兹波偏振态的系统，能产生连续太赫兹波的太赫兹波发生器(空气四波混频产生)，收集太赫兹波的金属抛物面镜以及探测太赫兹波强度的探测器(电光取样的方法探测)，第一抛物面镜3聚焦激光产生空气等离子体从而产生太赫兹波，BBO晶体4能够增强产生太赫兹波的强度，第二抛物面镜5用于收集太赫兹波，长波长滤光片6和硅片7用于挡掉多余的长波长波段的激光和红光，ZnTe晶体9作为探测器将得到的信息输入差分探头12进行探测。8为打孔抛物面镜，使得产生的太赫兹波与探测光共线聚焦到ZnTe晶体上进行探测，QWP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改变太赫兹波偏振态的系统，其特征在于，包括变波长光参量放大器、太赫兹波发生器、太赫兹波探测器、金属平面镜、BBO倍频晶体、抛物面镜、平移台、硅片、长波长滤光片，其中，所述平移台上方设置所述金属平面镜，所述金属平面镜一侧设置所述打孔抛物面镜，所述抛物面镜一侧设置所述太赫兹波探测器，其中，所述变波长光参量放大器用于使入射激光脉冲的波长等间距连续变化；所述抛物面镜用于将入射激光脉冲经过聚焦BBO晶体倍频后聚焦在空气中产生空气等离子体，在电场的作用下加速运动向外辐射太赫兹波；所述ZnTe晶体用于探测经离轴抛物面镜收集后的太赫兹波，并将探测所得到的信息输入差分探头中进行太赫兹时域光谱扫描，得到太赫兹的时域光谱图，经过数据处理分析太赫兹波的偏振随波长变化的图像。

【技术特征摘要】
1.一种改变太赫兹波偏振态的系统，其特征在于，包括变波长光参量放大器、太赫兹波发生器、太赫兹波探测器、金属平面镜、BBO倍频晶体、抛物面镜、平移台、硅片、长波长滤光片，其中，所述平移台上方设置所述金属平面镜，所述金属平面镜一侧设置所述打孔抛物面镜，所述抛物面镜一侧设置所述太赫兹波探测器，其中，所述变波长光参量放大器用于使入射激光脉冲的波长等间距连续变化；所述抛物面镜用于将入射激光脉冲经过聚焦BBO晶体倍频后聚焦在空气中产生空气等离子体，在电场的作用下加速运动向外辐射太赫兹波；所述ZnTe晶体用于探测经离轴抛物面镜收集后的太赫兹波，并将探测所得到的信息输入差分探头中进行太赫兹时域光谱扫描，得到太赫兹的时域光谱图，经过数据处理分析太赫兹波的偏振随波长变化的图像。2.根据权利要求1所述的改变太赫兹波偏振态的的系统，其特征在于：所述变波长光参量放大器可出射任意波长的激光脉冲。3.根据权利要求1所述的改变太赫兹波偏振态的的系统，其特征在于：所述太赫兹波发生器为空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮亮，张锐，徐晓燕，张存林，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11