在微腔中产生可调谐太赫兹波的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种在微腔中产生可调谐太赫兹波的装置及方法，利用可调谐双波长输出激光器，产生两束可调谐的泵浦光；使两束泵浦光的传播方向水平共线；微腔的边缘放置在激光束的光路上；通过对所述微腔进行定点旋转引起入射光的偏转角度发生变化，从而改变腔相位匹配的周期，实现太赫兹波的可调谐输出。本发明专利技术制作简单且结构简单小巧方便，容易集成，可室温下运转，是未来太赫兹辐射源发展的一种趋势。

【技术实现步骤摘要】
在微腔中产生可调谐太赫兹波的装置及方法
本专利技术涉及太赫兹波差频和中红外激光领域，具体涉及一种在微腔中通过腔相位匹配技术差频产生高效率可调谐太赫兹波的装置及方法。
技术介绍
太赫兹波(Terahertz-wave,THz波)是指频率在0.1-10THz范围内的电磁波，相应的波长为0.03mm～3mm，位于电磁波谱中微波和红外波之间。其在物理、化学、生命科学和医药科学等基础研究领域，以及宽带通信、医学成像、环境监测、药物检测和安全检查等应用研究领域均有巨大的研究价值和广阔的应用前景。THz波辐射产生的方法主要有电子学方法和光子学方法。目前，电子学方法的转换效率都很低，而且体积庞大，造价和运行成本都很高，对运行的环境要求高。利用非线性光学差频产生THz波方法凭借其能产生宽范围连续可调谐、相干窄带的THz波等优点，逐渐为科研工作者所青睐。非线性光学差频技术中一个关键的问题在于如何实现相位匹配。传统的双折射相位匹配存在材料特性限制，且不能应用晶体的最大非线性系数和晶体的通光范围等缺点。准相位匹配也存在周期性反转非线性晶体制作工艺复杂，排列结构较大等缺点。因此一种在制作工艺、结构上更加简单小巧的相位匹配技术逐渐进入人们的视野，即腔相位匹配(CPM)技术。CPM的原理是利用法布里-帕罗微腔对激光的全反射引入额外的π相位来实现相位匹配的，这与准相位匹配利用非线性系数反转来实现π相位的转换非常相似，不同之处在与腔相位匹配只改变了波的传播方向而没有改变晶体的非线性系数。但在目前人们的研究范围内，主要是针对泵浦光正入射到法布里-帕罗微腔中实现光参量震荡放大等一些问题展开讨论。在这些讨论中，泵浦光通常都是单程增益，即使是双程增益，对于泵浦光的利用率也是极其低下，这也是在目前的腔相位匹配中非线性转换效率低下一个非常重要的原因，如果能够提高对泵浦光的利用率，那么腔相位匹配技术将比准相位匹配技术拥有更大的优势。
技术实现思路
本专利技术为克服
技术介绍
中存在的问题，提供了一种CO2激光从微腔的边缘进入腔中进行差频，再对整个微腔进行定点旋转引起入射光偏转角度的改变，使得腔相位匹配的周期发生改变来实现可调谐太赫兹波的产生，从而克服准相位匹配以及目前腔相位匹配中的缺点。本专利技术采用以下技术方案实现上述目的。一种在微腔中产生可调谐太赫兹波的装置，包括可调谐CO2激光器放电腔，所述可调谐CO2激光器放电腔的左侧并列设置有两个腔外光栅，腔外光栅和可调谐CO2激光器放电腔构成可调谐双波长输出激光器，在可调谐CO2激光器放电腔的右侧设置有全反射镜和布儒斯特窗，且全反射镜和布儒斯特窗分别与腔外光栅对应；在布儒斯特窗的外侧依次设置有微腔和接收窗口，所述微腔的下方设置有定点旋转装置，定点旋转装置的一端设置有定点；可调谐双波长输出激光器产生两束泵浦光，其中一束泵浦光经过全反射镜反射至布儒斯特窗并与另一束泵浦光共线射至微腔，形成太赫兹波射至接收窗口。一种在微腔中产生可调谐太赫兹波的方法，其步骤如下：1)利用可调谐双波长输出激光器，产生两束可调谐的泵浦光；2)使两束泵浦光的传播方向水平共线；3)微腔的边缘放置在泵浦光的光路上；4)通过对所述微腔进行定点旋转引起入射光的偏转角度发生变化，从而改变腔相位匹配的周期，实现太赫兹波的可调谐输出。进一步，所述泵浦光的波长范围为9um～11um。进一步，所述微腔的两壁在泵浦光频段均为高反，反射率高达99％，左壁在太赫兹频段为高反，反射率高达99％，右壁在太赫兹频段为高透射，两壁之间是各向同性的非线性晶体，晶体的长度与入射泵浦光偏转角度余弦的比值满足腔相位匹配条件。进一步，所述偏转角度是指泵浦光的传播方向与微腔边缘的夹角。进一步，所述非线性晶体包括GaP、InP、CdTe和ZnGeP2晶体。进一步，所述入射泵浦光偏转角度余弦的比值是：式中：L是微腔的腔长，θ是偏转角度。一种在微腔中产生可调谐太赫兹波的方法可应用于医学、环境安全和通讯领域。上述对该微腔进行定点旋转的定点位于泵浦光在微腔中的入射点，与传统的角度相位匹配中通过改变角度来满足不同波长其折射率之间的相位匹配条件不同，在这里入射泵浦光偏转角度的连续变化实际上是连续改变了腔相位匹配过程中的周期，从而达到产生可调谐太赫兹的目的，与角度相位匹配调谐技术有本质的区别。本专利技术中微腔的设置对CO2激光的利用率非常高，调谐范围广，非线性转换效率显著增加；通过简单的对微腔整体进行定点旋转即可实现太赫兹波的可调谐输出；在微腔定点旋转的情况下，由于泵浦光的入射方向一直是水平方向，因此所产生的太赫兹波也是固定水平输出，如此便对产生的太赫兹波进行探测带来了便利；整个系统制作简单且结构简单小巧方便，容易集成，可室温下运转，是未来太赫兹辐射源发展的一种趋势。附图说明图1是本专利技术实施例的实现装置示意图；图2是本专利技术实施例泵浦光λp、λs在某一偏转角度时的微腔结构和光路示意图；图3是本专利技术实施例基于腔长和一束泵浦光(λp)波长固定，入射光偏转角度在0-90°范围内与产生的太赫兹波长的关系示意图。图中：1、2.腔外光栅，3.可调谐CO2激光器放电腔，4.全反射镜，5.布儒斯特窗，6.微腔，7.定点，8.旋转装置，9.接收窗口。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步详述。参见图1至图3，一种在微腔6中产生可调谐太赫兹波的装置，包括可调谐CO2激光器放电腔3，所述可调谐CO2激光器放电腔3的左侧并列设置有腔外光栅1、2，腔外光栅1、2和可调谐CO2激光器放电腔3构成可调谐双波长输出激光器10，在可调谐CO2激光器放电腔3的右侧设置有全反射镜4和布儒斯特窗5，且全反射镜4和布儒斯特窗5分别与腔外光栅1、2对应；在布儒斯特窗5的外侧依次设置有微腔6和接收窗口9，所述微腔6的下方设置有定点旋转装置8，定点旋转装置8的一端设置有定点7；可调谐双波长输出激光器10产生二束泵浦光λp、λs，其中一束泵浦光λs经过全反射镜4反射至布儒斯特窗5并与另一束泵浦光λp共线射至微腔6，形成太赫兹波射至接收窗口9。一种在微腔6中产生可调谐太赫兹波的方法，其步骤如下：1)利用可调谐双波长输出激光器10，产生两束可调谐的泵浦光λp、λs；所述泵浦光λp、λs的波长范围为9um～11um。2)使两束泵浦光λp、λs的传播方向水平共线；3)微腔6的边缘放置在激光束的光路上；所述微腔6的两壁在泵浦光λp、λs频段均为高反，反射率高达99％，左壁在太赫兹频段为高反，反射率高达99％，右壁在太赫兹频段为高透射，两壁之间是各向同性的非线性晶体，晶体的长度与入射泵浦光λp、λs偏转角度θ余弦的比值满足腔相位匹配条件。所述入射泵浦光λp、λs的偏转角度θ是指激光的传播方向与微腔边缘的夹角(参见图2，泵浦光λp、λs在某一偏转角度时的光路示意图)。所述非线性晶体包括GaP、InP、CdTe和ZnGeP2晶体。4)通过对所述微腔6进行定点旋转引起入射泵浦光λp、λs的偏转角度发生变化，从而改变腔相位匹配的周期，实现太赫兹波的可调谐输出。本专利技术是基于两束不同波长的泵浦光λp、λs水平入射到定点旋转的微腔6中，根据腔相位匹配的条件，由微腔6的定点旋转导致入射泵浦光λp、λs偏转角度的变化来引起腔相位匹配周期的变化，从而产生可调谐太赫兹波。在此过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在微腔中产生可调谐太赫兹波的装置，包括可调谐CO2激光器放电腔，其特征在于，所述可调谐CO2激光器放电腔的左侧并列设置有腔外光栅，腔外光栅和可调谐CO2激光器放电腔构成可调谐双波长输出激光器，在可调谐CO2激光器放电腔的右侧设置有全反射镜和布儒斯特窗，且全反射镜和布儒斯特窗分别与腔外光栅对应；在布儒斯特窗的外侧依次设置有微腔和接收窗口，所述微腔的下方设置有定点旋转装置，定点旋转装置的一端设置有定点；可调谐双波长输出激光器产生二束泵浦光，其中一束泵浦光经过全反射镜反射至布儒斯特窗并与另一束泵浦光共线射至微腔，形成太赫兹波射至接收窗口。

【技术特征摘要】
1.一种在微腔中产生可调谐太赫兹波的装置，包括可调谐CO2激光器放电腔，其特征在于，所述可调谐CO2激光器放电腔的左侧并列设置有腔外光栅，腔外光栅和可调谐CO2激光器放电腔构成可调谐双波长输出激光器，在可调谐CO2激光器放电腔的右侧设置有全反射镜和布儒斯特窗，且全反射镜和布儒斯特窗分别与腔外光栅对应；在布儒斯特窗的外侧依次设置有微腔和接收窗口，所述微腔的下方设置有定点旋转装置，定点旋转装置的一端设置有定点；可调谐双波长输出激光器产生二束泵浦光，其中一束泵浦光经过全反射镜反射至布儒斯特窗并与另一束泵浦光共线射至微腔，形成太赫兹波射至接收窗口。2.一种在微腔中产生可调谐太赫兹波的方法，其特征在于，其步骤如下：1）利用可调谐双波长输出激光器，产生两束可调谐的泵浦光；2）使两束泵浦光的传播方向水平共线；3）微腔的边缘放置在泵浦光的光路上；4）通过对所述微腔进行定点旋转引起入射泵浦光的偏转角...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶志明，曾诗佳，谢芳森，黄俊滔，石向荣，吴嗣珊，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36