一种三维光学参量振荡太赫兹波辐射源制造技术

本发明专利技术公开了一种三维光学参量振荡太赫兹波辐射源，包括泵浦源、MgO:LiNbO3晶体、泵浦光回收器，以及设置在MgO:LiNbO3晶体周围的反射镜；第一泵浦光和第十泵浦光传播的平面为X轴和Y轴所确定的平面，Z轴垂直于第一泵浦光和第十泵浦光传播的平面，从泵浦源出射的泵浦光的传播方向为X轴负向，太赫兹波的传播方向为Y轴正向。本发明专利技术提供的三维光学参量振荡太赫兹波辐射源具有以下优点：泵浦光循环使用，可以产生多束太赫兹波，有效提高太赫兹波能量。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。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。

A Terahertz Wave Radiation Source with Three-Dimensional Optical Parametric Oscillation

【技术实现步骤摘要】
一种三维光学参量振荡太赫兹波辐射源
本专利技术属于太赫兹波应用
，具体涉及一种三维光学参量振荡太赫兹波辐射源。
技术介绍
太赫兹波(Terahertz，简称THz)，是指频率在0.1-10THz(1THz＝1012THz)范围内的电磁波，其波段位于电磁波谱中毫米波和红外线之间，是光子学与电子学、宏观理论向微观理论的过渡区域。太赫兹波所处的特殊位置使其在物理、化学、天文学、分子光谱、生命科学和医药科学等基础研究领域，以及医学成像、环境监测、材料检测、食品检测、射电天文、移动通讯、卫星通信和军用雷达等应用研究领域均有重大的科学研究价值和广阔的应用前景。太赫兹波主要应用在以下领域：(1)成像领域利用太赫兹时域光谱技术可以直接测量太赫兹电磁脉冲所产生的瞬态电磁场，可以直接测得样品的介电常数。(2)生物化学
由于许多生物大分子的转动吸收谱处于太赫兹频段，利用对生化反应太赫兹吸收谱的研究可以得到反应中的分子运动状况信息。对于进一步研究生化反应提供了有力的手段。(3)天文学领域在宇宙中，大量的物质在发出太赫兹电磁波。碳(C)、水(H2O)、一氧化碳(CO)、氮(N2)、氧(O2)等大量的分子可以在太赫兹频段进行探测。(4)通信领域太赫兹波是很好的宽带信息载体，可以携带声频或者视频信号进行传输。太赫兹波用于通信可以获得10GB/s的无线传输速度，这比当前的超宽带技术快几百至一千多倍。(5)国土安全领域在国土安全领域，由于太赫兹波的非电离性，及强穿透性，所以它能够在机场、车站等地对隐藏的爆炸物、违禁品、武器、毒品等危险物品提供远距离、大范围的预警。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太赫兹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三维光学参量振荡太赫兹波辐射源，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：一种三维光学参量振荡太赫兹波辐射源，包括泵浦源、MgO:LiNbO3晶体、泵浦光回收器，以及设置在MgO:LiNbO3晶体周围的反射镜；从泵浦源出射的泵浦光经第一反射镜反射后变为第一泵浦光后入射MgO:LiNbO3晶体，经光学参量效应产生第一Stokes光和太赫兹波，第一泵浦光在MgO:LiNbO3晶体内发生全反射后变为第十泵浦光，第十泵浦光在MgO:LiNbO3晶体内经光学参量效应产生第十Stokes光；产生的第一Stokes光和第十Stokes光在由第十九反射镜和第二十八反射镜组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波垂直于MgO:LiNbO3晶体的表面出射；第一泵浦光和第一Stokes光、第十Stokes光组成的平面平行于坐标面X-Y平面，从MgO:LiNbO3晶体出射的第十泵浦光经第十反射镜和第十一反射镜反射后变为第十一泵浦光，并再次入射MgO:LiNbO3晶体；第十一泵浦光入射MgO:LiNbO3晶体，经光学参量效应产生第十一Stokes光和太赫兹波，第十一泵浦光在MgO:LiNbO3晶体内发生全反射后变为第二泵浦光，第二泵浦光在MgO:LiNbO3晶体内经光学参量效应产生第二Stokes光；产生的第二Stokes光和第十一Stokes光在由第二十反射镜和第二十九反射镜组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波垂直于MgO:LiNbO3晶体的表面出射，第十一泵浦光和第二Stokes光、第十一Stokes光组成的平面与坐标面X-Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体出射的第二泵浦光经第二反射镜和第三反射镜反射后变为第三泵浦光，并再次入射MgO:LiNbO3晶体；第三泵浦光入射MgO:LiNbO3晶体，经光学参量效应产生第三Stokes光和太赫兹波，第三泵浦光在MgO:LiNbO3晶体内发生全反射后变为十二泵浦光，第十二泵浦光在MgO:LiNbO3晶体内经光学参量效应产生第十二Stokes光；产生的第三Stokes光和第十二Stokes光在由第二十一反射镜和第三十反射镜组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波垂直于MgO:LiNbO3晶体的表面出射；第三泵浦光和第三Stokes光、第十二Stokes光组成的平面与坐标面X-Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体出射的第十二泵浦光在由第十二反射镜和第十三反射镜反射后变为第十三泵浦光，并再次入射MgO:LiNbO3晶体；第十三泵浦光入射MgO:LiNbO3晶体，经光学参量效应产生第十三Stokes光和太赫兹波，第十三泵浦光在MgO:LiNbO3晶体内发生全反射后变为第四泵浦光，第四泵浦光在MgO:LiNbO3晶体内经光学参量效应产生第四Stokes光；产生的第四Stokes光和第十三Stokes光在由第二十二反射镜和第三十一反射镜组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波垂直于MgO:LiNbO3晶体的表面出射；第十三泵浦光和第四Stokes光、第十三Stokes光组成的平面与坐标面X-Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体出射的第四泵浦光在由第四反射镜和第五反射镜反射后变为第五泵浦光，并再次入射MgO:LiNbO3晶体；第五泵浦光入射MgO:LiNbO3晶体，经光学参量效应产生第五Stokes光和太赫兹波，第五泵浦光在MgO:LiNbO3晶体内发生全反射后变为第十四泵浦光，第十四泵浦光在MgO:LiNbO3晶体内经光学参量效应产生第十四Stokes光；产生的第五Stokes光和第十四Stokes光在由第二十三反射镜和第三十二反射镜组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波垂直于MgO:LiNbO3晶体的表面出射；第五泵浦光和第五Stokes光、第十四Stokes光组成的平面与坐标面X-Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体出射的第十四泵浦光在由第十四反射镜和第十五反射镜反射后变为第十五泵浦光，并再次入射MgO:LiNbO3晶体；第十五泵浦光入射MgO:LiNbO3晶体，经光学参量效应产生第十五Stokes光和太赫兹波，第十五泵浦光在MgO:LiNbO3晶体内发生全反射后变为第六泵浦光，第六泵浦光在MgO:LiNbO3晶体中经光学参量效应产生第六Stokes光；产生的第六Stokes光和第十五Stokes光在由第二十四反射镜和第三十三反射镜组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波垂直于MgO:LiNbO3晶体的表面出射；第十五泵浦光和第六Stokes光、第十五Stokes光组成的平面与坐标面X-Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体出射的第六泵浦光在由第六反射镜和第七反射镜反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维光学参量振荡太赫兹波辐射源，其特征在于：包括泵浦源(1)、MgO:LiNbO3晶体(2)、泵浦光回收器(4)，以及设置在MgO:LiNbO3晶体(2)周围的反射镜；从泵浦源(1)出射的泵浦光经第一反射镜(Lm1)反射后变为第一泵浦光(Lp1)后入射MgO:LiNbO3晶体(2)，经光学参量效应产生第一Stokes光(Ls1)和太赫兹波(3)，第一泵浦光(Lp1)在MgO:LiNbO3晶体(2)内发生全反射后变为第十泵浦光(Rp1)，第十泵浦光(Rp1)在MgO:LiNbO3晶体(2)内经光学参量效应产生第十Stokes光(Rs1)；产生的第一Stokes光(Ls1)和第十Stokes光(Rs1)在由第十九反射镜(LM1)和第二十八反射镜(RM1)组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波(3)垂直于MgO:LiNbO3晶体(2)的表面出射；第一泵浦光(Lp1)和第一Stokes光(Ls1)、第十Stokes光(Rs1)组成的平面平行于坐标面X‑Y平面，从MgO:LiNbO3晶体(2)出射的第十泵浦光(Rp1)经第十反射镜(Rm1)和第十一反射镜(Rm2)反射后变为第十一泵浦光(Rp2)，并再次入射MgO:LiNbO3晶体(2)；第十一泵浦光(Rp2)入射MgO:LiNbO3晶体(2)，经光学参量效应产生第十一Stokes光(Rs2)和太赫兹波(3)，第十一泵浦光(Rp2)在MgO:LiNbO3晶体(2)内发生全反射后变为第二泵浦光(Lp2)，第二泵浦光(Lp2)在MgO:LiNbO3晶体(2)内经光学参量效应产生第二Stokes光(Ls2)；产生的第二Stokes光(Ls2)和第十一Stokes光(Rs2)在由第二十反射镜(LM2)和第二十九反射镜(RM2)组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波(3)垂直于MgO:LiNbO3晶体(2)的表面出射，第十一泵浦光(Rp2)和第二Stokes光(Ls2)、第十一Stokes光(Rs2)组成的平面与坐标面X‑Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波(3)的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体(2)出射的第二泵浦光(Lp2)经第二反射镜(Lm2)和第三反射镜(Lm3)反射后变为第三泵浦光(Lp3)，并再次入射MgO:LiNbO3晶体(2)；第三泵浦光(Lp3)入射MgO:LiNbO3晶体(2)，经光学参量效应产生第三Stokes光(Ls3)和太赫兹波(3)，第三泵浦光(Lp3)在MgO:LiNbO3晶体(2)内发生全反射后变为十二泵浦光(Rp3)，第十二泵浦光(Rp3)在MgO:LiNbO3晶体(2)内经光学参量效应产生第十二Stokes光(Rs3)，产生的第三Stokes光(Ls3)和第十二Stokes光(Rs3)在由第二十一反射镜(LM3)和第三十反射镜(RM3)组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波(3)垂直于MgO:LiNbO3晶体(2)的表面出射；第三泵浦光(Lp3)和第三Stokes光(Ls3)、第十二Stokes光(Rs3)组成的平面与坐标面X‑Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波(3)的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体(2)出射的第十二泵浦光(Rp3)在由第十二反射镜(Rm3)和第十三反射镜(Rm4)反射后变为第十三泵浦光(Rp4)，并再次入射MgO:LiNbO3晶体(2)；第十三泵浦光(Rp4)入射MgO:LiNbO3晶体(2)，经光学参量效应产生第十三Stokes光(Rs4)和太赫兹波(3)，第十三泵浦光(Rp4)在MgO:LiNbO3晶体(2)内发生全反射后变为第四泵浦光(Lp4)，第四泵浦光(Lp4)在MgO:LiNbO3晶体(2)内经光学参量效应产生第四Stokes光(Ls4)；产生的第四Stokes光(Ls4)和第十三Stokes光(Rs4)在由第二十二反射镜(LM4)和第三十一反射镜(RM4)组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波(3)垂直于MgO:LiNbO3晶体(2)的表面出射；第十三泵浦光(Rp4)和第四Stokes光(Ls4)、第十三Stokes光(Rs4)组成的平面与坐标面X‑Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波(3)的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体(2)出射的第四泵浦光(Lp4)在由第四反射镜(Lm4)和第五反射镜(Lm5)反射后变为第五泵浦光(Lp5)，并再次入射MgO:LiNbO3晶体(2)；第五泵浦光(Lp5)入射MgO:LiNbO3晶体(2)，经光学参量效应产生第五Stokes光(Ls5)和太赫兹波(3)，第五泵浦光(Lp5)在MgO:LiNbO3晶体(2)内发生全反射后变为第十四泵浦光(Rp5)，第十四泵浦光(Rp5)在MgO:LiNbO3晶体(2)内经光学参量效应产生第十四Stokes光(Rs5)；产生的第五Stoke...

【技术特征摘要】
1.一种三维光学参量振荡太赫兹波辐射源，其特征在于：包括泵浦源(1)、MgO:LiNbO3晶体(2)、泵浦光回收器(4)，以及设置在MgO:LiNbO3晶体(2)周围的反射镜；从泵浦源(1)出射的泵浦光经第一反射镜(Lm1)反射后变为第一泵浦光(Lp1)后入射MgO:LiNbO3晶体(2)，经光学参量效应产生第一Stokes光(Ls1)和太赫兹波(3)，第一泵浦光(Lp1)在MgO:LiNbO3晶体(2)内发生全反射后变为第十泵浦光(Rp1)，第十泵浦光(Rp1)在MgO:LiNbO3晶体(2)内经光学参量效应产生第十Stokes光(Rs1)；产生的第一Stokes光(Ls1)和第十Stokes光(Rs1)在由第十九反射镜(LM1)和第二十八反射镜(RM1)组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波(3)垂直于MgO:LiNbO3晶体(2)的表面出射；第一泵浦光(Lp1)和第一Stokes光(Ls1)、第十Stokes光(Rs1)组成的平面平行于坐标面X-Y平面，从MgO:LiNbO3晶体(2)出射的第十泵浦光(Rp1)经第十反射镜(Rm1)和第十一反射镜(Rm2)反射后变为第十一泵浦光(Rp2)，并再次入射MgO:LiNbO3晶体(2)；第十一泵浦光(Rp2)入射MgO:LiNbO3晶体(2)，经光学参量效应产生第十一Stokes光(Rs2)和太赫兹波(3)，第十一泵浦光(Rp2)在MgO:LiNbO3晶体(2)内发生全反射后变为第二泵浦光(Lp2)，第二泵浦光(Lp2)在MgO:LiNbO3晶体(2)内经光学参量效应产生第二Stokes光(Ls2)；产生的第二Stokes光(Ls2)和第十一Stokes光(Rs2)在由第二十反射镜(LM2)和第二十九反射镜(RM2)组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波(3)垂直于MgO:LiNbO3晶体(2)的表面出射，第十一泵浦光(Rp2)和第二Stokes光(Ls2)、第十一Stokes光(Rs2)组成的平面与坐标面X-Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波(3)的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体(2)出射的第二泵浦光(Lp2)经第二反射镜(Lm2)和第三反射镜(Lm3)反射后变为第三泵浦光(Lp3)，并再次入射MgO:LiNbO3晶体(2)；第三泵浦光(Lp3)入射MgO:LiNbO3晶体(2)，经光学参量效应产生第三Stokes光(Ls3)和太赫兹波(3)，第三泵浦光(Lp3)在MgO:LiNbO3晶体(2)内发生全反射后变为十二泵浦光(Rp3)，第十二泵浦光(Rp3)在MgO:LiNbO3晶体(2)内经光学参量效应产生第十二Stokes光(Rs3)，产生的第三Stokes光(Ls3)和第十二Stokes光(Rs3)在由第二十一反射镜(LM3)和第三十反射镜(RM3)组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波(3)垂直于MgO:LiNbO3晶体(2)的表面出射；第三泵浦光(Lp3)和第三Stokes光(Ls3)、第十二Stokes光(Rs3)组成的平面与坐标面X-Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波(3)的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体(2)出射的第十二泵浦光(Rp3)在由第十二反射镜(Rm3)和第十三反射镜(Rm4)反射后变为第十三泵浦光(Rp4)，并再次入射MgO:LiNbO3晶体(2)；第十三泵浦光(Rp4)入射MgO:LiNbO3晶体(2)，经光学参量效应产生第十三Stokes光(Rs4)和太赫兹波(3)，第十三泵浦光(Rp4)在MgO:LiNbO3晶体(2)内发生全反射后变为第四泵浦光(Lp4)，第四泵浦光(Lp4)在MgO:LiNbO3晶体(2)内经光学参量效应产生第四Stokes光(Ls4)；产生的第四Stokes光(Ls4)和第十三Stokes光(Rs4)在由第二十二反射镜(LM4)和第三十一反射镜(RM4)组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波(3)垂直于MgO:LiNbO3晶体(2)的表面出射；第十三泵浦光(Rp4)和第四Stokes光(Ls4)、第十三Stokes光(Rs4)组成的平面与坐标面X-Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波(3)的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体(2)出射的第四泵浦光(Lp4)在由第四反射镜(Lm4)和第五反射镜(Lm5)反射后变为第五泵浦光(Lp5)，并再次入射MgO:LiNbO3晶体(2)；第五泵浦光(Lp5)入射MgO:LiNbO3晶体(2)，经光学参量效应产生第五Stokes光(Ls5)和太赫兹波(3)，第五泵浦光(Lp5)在MgO:LiNbO3晶体(2)内发生全反射后变为第十四泵浦光(Rp5)，第十四泵浦光(Rp5)在MgO:LiNbO3晶体(2)内经光学参量效应产生第十四Stokes光(Rs5)；产生的第五Stokes光(Ls5)和第十四Stokes光(Rs5)在由第二十三反射镜(LM5)和第三十二反射镜(RM5)组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波(3)垂直于MgO:LiNbO3晶体(2)的表面出射；第五泵浦光(Lp5)和第五Stokes光(Ls5)、第十四Stokes光(Rs5)组成的平面与坐标面X-Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波(3)的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体(2)出射的第十四泵浦光(Rp5)在由第十四反射镜(Rm5)和第十五反射镜(Rm6)反射后变为第十五泵浦光(Rp6)，并再次入射MgO:LiNbO3晶体(2)；第十五泵浦光(Rp6)入射MgO:LiNbO3晶体(2)，经光学参量效应产生第十五Stokes光(Rs6)和太赫兹波(3)，第十五泵浦光(Rp6)在MgO:LiNbO3晶体(2)内发生全反射后变为第六泵浦光(Lp6)，第六泵浦光(Lp6)在MgO:LiNbO3晶体(2)中经光学参量效应产生第六Stokes光(Ls6)；产生的第六Stokes光(Ls6)和第十五Stokes光(Rs6)在由第二十四反射镜(LM6)和第三十三反射镜(RM6)组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波(3)垂直于MgO:LiNbO3晶体(2)的表面出射；第十五泵浦光(Rp6)和第六Stokes光(Ls6)、第十五Stokes光(Rs6)组成的平面与坐标面X-Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波(3)的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体(2)出射的第六泵浦光(Lp6)在由第六反射镜(Lm6)和第七反射镜(Lm7)反射后变为第七泵浦光(Lp7)，并再次入射MgO:LiNbO3晶体(2)；第七泵浦光(Lp7)入射MgO:LiNbO3晶体(2)，经光学参量效应产生第七Stokes光(Ls7)和太赫兹波(3)，第七泵浦光(Lp7)在MgO:LiNbO3晶体(2)内发生全反射后变为第十六泵浦光(Rp7)，第十六泵浦光(Rp7)在MgO:LiNbO3晶体(2)中经光学参量效应产生第十六Stokes光(Rs7)；产生的第七Stokes光(Ls7)和第十六Stokes光(Rs7)在由第二十五反射镜(LM7)和第三十四反射镜(RM7)组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波(3)垂直于MgO:LiNbO3晶体(2)的表面出射；第七泵浦光(Lp7)和第七Stokes光(Ls7)、第十六Stokes光(Rs7)组成的平面与坐标面X-Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波(3)的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体(2)出射的第十六泵浦光(Rp7)在由第十六反射镜(Rm7)和第十七反射镜(Rm8)反射后变为第十七泵浦光(Rp8)，并再次入射MgO:LiNbO3晶体(2)；第十七泵浦光(Rp8)入射MgO:LiNbO3晶体(2)，经光学参量效应产生第十七Stokes光(Rs8)和太赫兹波(3)，第十七泵浦光(Rp8)在MgO:LiNbO3晶体(2)内发生全反射后变为第八泵浦光(Lp8)，第八泵浦光(Lp8)在MgO:LiNbO3晶体(2)中经光学参量效应产生第八Stokes光(Ls8)；产生的第八Stokes光(Ls8)和第十七Stokes光(Rs8)在由第二十六反射镜(LM8)和第三十五反射镜(RM8)组成的谐振腔中谐振放大，产生的太赫兹波(3)垂直于MgO:LiNbO3晶体(2)的表面出射；第十七泵浦光(Rp8)和第八Stokes光(Ls8)、第十七Stokes光(Rs8)组成的平面与坐标面X-Y平面不平行，且两平面交线为太赫兹波(3)的波矢方向；从MgO:LiNbO3晶体(2)出射的第八泵浦光(Lp8)在由第八反射镜(Lm8)和第九反射镜(Lm9)反射后变为第九泵浦光(Lp9)，并再次入射MgO:LiNbO3晶体(2)；第九泵浦光(Lp9)入射MgO:LiNbO3晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠洋，徐娟，邴丕彬，张红涛，陈建明，李永军，孙向前，谭联，袁胜，邓荣鑫，
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