一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器制造技术

本发明专利技术属于太赫兹光谱和成像技术领域，涉及一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器，其结构包括有：光纤准直模块、聚焦透镜，倍频模块、光电导天线以及外壳。光纤准直模块设置于聚焦透镜的左侧，用以将在光纤中传输的脉冲光平行导出；聚焦透镜设置于光纤准直模块的右侧，二者尽可能靠近，间距一般设置为0～10mm；聚焦透镜用以将平行光聚焦到倍频模块；其中倍频模块设置于聚焦透镜的右侧，倍频模块用以对入射光的稳定倍频输出；光电导天线设置于倍频模块的右侧，用以接收来自倍频模块的脉冲光，在外置偏压下产生强太赫兹辐射；本发明专利技术主体结构简单，设计构思巧妙，制备成本低，适宜工业化生产，同时应用环境友好，市场前景极为广阔。

A fiber coupled terahertz photoconductive antenna transmitter based on optical frequency doubling

【技术实现步骤摘要】
一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器
：本专利技术属于太赫兹光谱和成像
，涉及一种太赫兹光电导天线发射器，特别是一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器，制备成本低且用于太赫兹光谱和成像的稳定性高。
技术介绍
：光电导开关天线是常用的太赫兹发射源，目前成熟的太赫兹光电导天线有两种，一种是用波长约为1560nm(±40nm)飞秒激光激发的光纤耦合太赫兹光电导天线，但这种天线所采用的GaInAS材料较难生长，导致目前只有少数国外公司能够生产，而且价格高昂；另一种是用波长约为780nm(±20nm)飞秒激光激发的太赫兹光电导天线，这种天线通常采用GaAs或低温生长的LT-GaAs材料，成本较低，但780nm波段的光纤技术还不成熟，通常为自由空间系统，稳定性较差。因此，发展一种基于GaAs材料的低价光纤耦合太赫兹光电导天线，避开GaInAS材料技术壁垒，形成另一种光纤耦合太赫兹光电导天线解决方案，进而构建性价比更高的太赫兹时域光谱系统或成像系统，具有很大的研究价值和现实意义。为此，本专利技术寻求设计提供一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器，制备成本低且稳定性好。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服上文所述的缺陷，寻求设计一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器，该光电导天线发射器制备成本低且稳定性好。为了实现上述目的，本专利技术涉及的一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器通过如下技术方案实现：本专利技术的目的在于克服上文所述的缺陷，寻求设计一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器，该光电导天线发射器制备成本低且稳定性好。为了实现上述目的，本专利技术涉及的一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器通过如下技术方案实现：本专利技术涉及的一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器，其主体结构包括有：光纤准直模块、聚焦透镜，倍频模块、光电导天线以及外壳。光纤准直模块设置于聚焦透镜的左侧，用以将在光纤中传输的脉冲光平行导出；聚焦透镜设置于光纤准直模块的右侧，二者尽可能靠近，间距一般设置为0～10mm；聚焦透镜用以将平行光聚焦到倍频模块；其中倍频模块设置于聚焦透镜的右侧，倍频模块用以对入射光的稳定倍频输出；光电导天线设置于倍频模块的右侧，用以接收来自倍频模块的脉冲光，在外置偏压下产生强太赫兹辐射；其中在光纤准直模块、聚焦透镜，倍频模块、光电导天线的外侧封装有均外壳，用以进行封装保护；本专利技术涉及的一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器，其具体工作原理如下：在光纤中传输的中心波长为1560nm(±40nm)的飞秒脉冲激光，依次经过光纤耦合模块1准直和聚焦透镜聚焦后照射到倍频模块上，飞秒脉冲与倍频模块发生作用，基于二次谐波产生(SHG)效应，1560nm(±40nm)波长的激光将发生倍频，最终输出波长为780nm(±20nm)的飞秒脉冲光，脉冲光单次通过转化效率理论上可达到80％以上，经倍频后的飞秒激光入射到光电导天线上，在偏置电压的作用下产生功率可调的强太赫兹脉冲辐射。进一步的，飞秒激光脉冲在注入本器件前将引入一定的负啁啾，以中和光脉冲在自由空间和倍频晶体中的脉冲展宽效应；同时，注入飞秒脉冲光应是e偏振的。进一步的，倍频模块能够选择(但不限于)周期极化铌酸锂晶体PPLN、MgO：PPLN等。基于飞秒脉冲系统，选择小尺寸的倍频晶体长度，这将有利于形成更加紧凑的发射器装置。进一步的，倍频模块中集成温控单元，以保障其在中心波长处稳定的转化效率。进一步的，考虑倍频模块对高峰值功率飞秒脉冲的展宽作用，选择脉冲展宽小、具有高损伤阈值的二倍频模块，最终保证太赫兹辐射较窄的脉冲宽度和较宽的频谱范围。进一步的，本专利技术能够通过配置发射器内部各组件相对位置，控制照射到倍频模块上的光斑尺寸，一般建议选择瑞利长度为晶体长度二分之一时的大小，以保证最高的转化效率。进一步的，光电导天线为(但不限于)成熟的LT-GaAs或Si-GaAs天线，激发飞秒脉冲光中心波长为780nm(±20nm)。本专利技术与现有技术相比，取得的有益效果如下：1、首次提出在GaAs光电导天线前端进行倍频，增加了GaAs天线适用范围，容易形成长度可灵活配置的远程太赫兹发射系统，是可行的低成本光纤太赫兹光电导天线发射器集成方案。2、使用光纤传输波长为1560nm的低损耗脉冲光，在腔外实现远端光学倍频，相对腔内倍频具有更优的输出功率稳定性和更低的传输损耗，有利于形成大功率、可靠工作的光电导天线发射器产品。3、基于温度控制和优化选型(长度选择)，可在保证稳定倍频转化效率和最低脉冲展宽效应前提下，获得功率和脉宽输出稳定的太赫兹脉冲辐射。4、通过集成光学倍频模块、GaAs光电导天线和光纤耦合模块，形成光纤耦合太赫兹光电导天线发射器，克服现有1560nm光纤耦合太赫兹光电导天线GaInAS材料较难生长、价格较高的问题，以及780nm光电导天线难于用于光纤太赫兹系统的问题，能够用于实现一种低成本、高稳定性的全光纤太赫兹光谱成像系统。综上，本专利技术主体结构简单，设计构思巧妙，制备成本低，适宜工业化生产，同时应用环境友好，市场前景极为广阔。附图说明：图1为本专利技术的主体结构原理示意图。图中：光纤准直模块1、聚焦透镜2、倍频模块3、光电导天线4、外壳5。具体实施方式：为了能够清楚的说明本方案的技术特点，下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1本实施例涉及的一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器，其主体结构包括有：光纤准直模块1、聚焦透镜2，倍频模块3、光电导天线4以及外壳5。光纤准直模块1设置于聚焦透镜2的左侧，用以将在光纤中传输的脉冲光平行导出；聚焦透镜2设置于光纤准直模块1的右侧，间距为；聚焦透镜2用以将平行光聚焦到倍频模块3；其中倍频模块3设置于聚焦透镜2的右侧，倍频模块3用以对入射光的稳定倍频输出；光电导天线4设置于倍频模块3的右侧，用以接收来自倍频模块3的脉冲光，在外置偏压下产生强太赫兹辐射；其中在光纤准直模块1、聚焦透镜2，倍频模块3、光电导天线4的外侧封装有均外壳5，用以进行封装保护；本实施例涉及的一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器，其具体工作原理如下：在光纤中传输的中心波长为1560nm(±40nm)的飞秒脉冲激光，依次经过光纤耦合模块1准直和聚焦透镜2聚焦后照射到倍频模块3上，飞秒脉冲与倍频模块3发生作用，基于二次谐波产生(SHG)效应，1560nm(±40nm)波长的激光将发生倍频，最终输出波长为780nm(±20nm)的飞秒脉冲光，脉冲光单次通过转化效率理论上可达到80％以上，经倍频后的飞秒激光入射到光电导天线4上，在偏置电压的作用下产生功率可调的强太赫兹脉冲辐射。进一步的，飞秒激光脉冲在注入本器件前将引入一定的负啁啾，以中和光脉冲在自由空间和倍频晶体中的脉冲展宽效应。进一步的，倍频模块3能够选择(但不限于)周期极化铌酸锂晶体PPLN、MgO：PPLN等。基于飞秒脉冲系统，选择小尺寸的倍频晶体长度，这将有利于形成更加紧凑的发射器装置。进一步的，倍频模块3中集成温控单元，以保障其在中心波长处稳定的转化效率。进一步的，考虑倍频模块3对高峰值功率飞秒脉冲的展宽作用，选择脉冲展宽小、具有高损伤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器，其特征在于其主体结构包括有：光纤准直模块、聚焦透镜，倍频模块、光电导天线以及外壳；光纤准直模块设置于聚焦透镜的左侧，用以将在光纤中传输的脉冲光平行导出；聚焦透镜设置于光纤准直模块的右侧，间距为0～10mm；聚焦透镜用以将平行光聚焦到倍频模块；其中倍频模块设置于聚焦透镜的右侧，倍频模块用以对入射光的稳定倍频输出；光电导天线设置于倍频模块的右侧，用以接收来自倍频模块的脉冲光，在外置偏压下产生强太赫兹辐射；其中在光纤准直模块、聚焦透镜，倍频模块、光电导天线的外侧封装有均外壳，用以进行封装保护；其具体工作原理如下：在光纤中传输的中心波长为1560nm(±40nm)的飞秒脉冲激光，依次经过光纤耦合模块1准直和聚焦透镜聚焦后照射到倍频模块上，飞秒脉冲与倍频模块发生作用，基于二次谐波产生(SHG)效应，1560nm(±40nm)波长的激光将发生倍频，最终输出波长为780nm(±20nm)的飞秒脉冲光，脉冲光单次通过转化效率理论上可达到80％以上，经倍频后的飞秒激光入射到光电导天线上，在偏置电压的作用下产生功率可调的强太赫兹脉冲辐射。

【技术特征摘要】
1.一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器，其特征在于其主体结构包括有：光纤准直模块、聚焦透镜，倍频模块、光电导天线以及外壳；光纤准直模块设置于聚焦透镜的左侧，用以将在光纤中传输的脉冲光平行导出；聚焦透镜设置于光纤准直模块的右侧，间距为0～10mm；聚焦透镜用以将平行光聚焦到倍频模块；其中倍频模块设置于聚焦透镜的右侧，倍频模块用以对入射光的稳定倍频输出；光电导天线设置于倍频模块的右侧，用以接收来自倍频模块的脉冲光，在外置偏压下产生强太赫兹辐射；其中在光纤准直模块、聚焦透镜，倍频模块、光电导天线的外侧封装有均外壳，用以进行封装保护；其具体工作原理如下：在光纤中传输的中心波长为1560nm(±40nm)的飞秒脉冲激光，依次经过光纤耦合模块1准直和聚焦透镜聚焦后照射到倍频模块上，飞秒脉冲与倍频模块发生作用，基于二次谐波产生(SHG)效应，1560nm(±40nm)波长的激光将发生倍频，最终输出波长为780nm(±20nm)的飞秒脉冲光，脉冲光单次通过转化效率理论上可达到80％以上，经倍频后的飞秒激光入射到光电导天线上，在偏置电压的作用下产生功率可调的强太赫兹脉冲辐射。2.根据权利要求1所述的一种基于光学倍频的光纤耦合太赫兹光电导天线发射器，其特征在于倍频模块能够选择周期极化铌酸锂晶体PPL...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱新勇，钟森城，刘永利，朱礼国，李江，李泽仁，刘乔，
申请(专利权)人：青岛青源峰达太赫兹科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37