一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，包括：双波长的法拉第反常色散原子滤光器，滤光器由第一格兰泰勒棱镜、第一铷原子气室、第二格兰泰勒棱镜、永磁铁构成，所述激光器还包括：宽带增益增透膜激光二极管和角锥反馈镜，所述宽带增益增透膜激光二极管发出的宽带荧光通过第一格兰泰勒棱镜、第一铷原子气室时，宽带荧光发生法拉第旋光效应使得偏振方向发生偏转后通过第二格兰泰勒棱镜，偏转后的宽带荧光垂直入射至角锥反馈镜，某一比例的荧光通过角锥反馈镜反射，按原路返回至宽带增益增透膜激光二极管，形成光学谐振腔，实现激光输出。本发明专利技术通过双波长激光拍频可同时产生超高频率稳定度的THz辐射源，结构简单，环境适应性极强。环境适应性极强。环境适应性极强。

【技术实现步骤摘要】
一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器


[0001]本专利技术涉及激光
，尤其涉及一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器。

技术介绍

[0002]THz源及THz间隔双波长激光器广泛应用于人们的生产生活中，其中超高频率稳定度、窄线宽、THz频率间隔的单腔双波长激光器及其差频产生的THz辐射源对于几何量精密测量、冷原子物理、激光光谱学、遥感测绘、信息通信、生物医学诊断、安全检测等领域都具有极其重要的意义。
[0003]具体来讲，双波长激光器的实现主要包括以下几类方法：利用声光移频产生双频激光、利用塞曼效应谱线分裂产生双频激光、利用特殊晶体作为增益介质，单频激光输入后输出双频激光、控制腔长产生双频激光(例如：双频氦氖激光)。基于声光移频实现双频激光器的方法，频差可控，但应用过程中大多需要再次对双频激光进行合束，且频差无法达到THz量级，限制了其应用范围；利用塞曼效应谱线分裂实现双频激光器的方法，目前已经较为成熟，但双频激光频差通常较低，同样无法达到THz量级，且频率稳定度不高，使得应用场景受限；利用特殊晶体作为增益介质，单频激光输入后输出双频激光的方法，激光器频率稳定度不高，且双频激光频差影响因素较多，较难精确控制；利用氦氖气体作为增益介质，设计腔长控制纵模间隔，可以实现双纵模氦氖激光器，其输出频差范围有限，且输出激光功率较低，限制其应用范围。同时上述方法中的激光频率锁定参考源均未锁定到原子跃迁，会存在一定误差，从而影响双频激光的绝对频率，不利于应用。
[0004]THz辐射源产生主要有电子学和光子学两大类方法。电子学方法主要包含以真空电子学为基础的反向波振荡器技术以及回旋管技术、自由电子激光器等，基于真空电子学的反向波振荡器技术产生的THz辐射源频率较低，一般小于1.5THz，频率超过1THz时输出功率会迅速降低，同时需要高压电场；基于真空电子学的回旋管技术，需要高压电场和冷却系统，同时持续工作时间较短，体积巨大，同时工作频段一般小于1THz；太赫兹自由电子激光器工作频段为100GHz
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5THz，单色可连续调谐，但其造价极其昂贵，功耗高，体积庞大。
[0005]光子学主要包含以CO2激光泵浦为基础的太赫兹气体激光器、以半导体技术为基础的太赫兹量子级联激光器、以超快激光脉冲泵浦为基础的宽带太赫兹脉冲、以非线性光学频率变换为基础的太赫兹波差频辐射源、以非线性光学频率变换为基础的太赫兹波参量辐射源等。其中，基于CO2激光泵浦的太赫兹气体激光器调谐时需更换工作气体，结构复杂，体积较大；基于半导体技术的太赫兹量子级联激光器对运行环境要求较高，需在超低温环境下运转；基于超快激光脉冲泵浦的宽带太赫兹脉冲应用环境要求很高，同时价格昂贵。
[0006]电子学中除自由电子激光器外，其他方式产生的太赫兹辐射源普遍低于1.5THz，以光子学为基础的太赫兹辐射源产生方式虽然可以产生高频段的THz辐射源，但结构一般较为复杂，且对环境要求较高。
[0007]综上，一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器可以有效解决上述问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，本专利技术以频率稳定于原子共振跃迁谱线的双波长激光为基本原理，目的在于实现超高频率稳定度、窄线宽的THz频率间隔的双波长法拉第激光器，并且该激光器双波长激光拍频可同时产生超高频率稳定度的THz辐射源，结构简单，环境适应性极强，详见下文描述：
[0009]一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，所述激光器包括：双波长的法拉第反常色散原子滤光器，所述滤光器由第一格兰泰勒棱镜、第一铷原子气室、第二格兰泰勒棱镜、永磁铁构成，所述激光器还包括：宽带增益增透膜激光二极管和角锥反馈镜，
[0010]所述宽带增益增透膜激光二极管发出的宽带荧光通过第一格兰泰勒棱镜、第一铷原子气室时，宽带荧光发生法拉第旋光效应使得偏振方向发生偏转后通过第二格兰泰勒棱镜，偏转后的宽带荧光垂直入射至角锥反馈镜，某一比例的荧光通过角锥反馈镜反射，按原路返回至宽带增益增透膜激光二极管，形成光学谐振腔，实现激光输出。
[0011]其中，所述第一格兰泰勒棱镜与第二格兰泰勒棱镜透射光的偏振方向互相垂直，所述第一铷原子气室与永磁铁为一体化结构。
[0012]进一步地，所述激光器还包括：在探测光光路中放置第二铷原子气室，通过调制解调将双频激光频率均锁定至对应的原子跃迁谱线上，使得激光绝对频率参考实现溯源。
[0013]其中，所述激光器还包括：准直透镜、压电陶瓷、第一反射镜，所述宽带增益增透膜激光二极管、准直透镜、双波长的法拉第反常色散原子滤光器、压电陶瓷、及第一反射镜组成了双波长法拉第激光模块。
[0014]进一步地，所述激光器还包括：稳频模块，
[0015]所述稳频模块包括：第二偏振分光棱镜、第一二向色镜、第三1/2波片、第一电光调制器、第四1/2波片、第二反射镜、第三反射镜、第五1/2波片、第二电光调制器、第六1/2波片、第四反射镜、第二二向色镜、第五反射镜、第二铷原子气室、第三偏振分光棱镜、第一信号发生器、第二信号发生器、第一光电探测器、第一混频器、第一伺服控制器、第二光电探测器、第二混频器及第二伺服控制器。
[0016]其中，所述激光器还包括：在第一反射镜后设置一光隔离器，激光经第二格兰泰勒棱镜输出后，经第一反射镜后，第一部分形成的激光经第二格兰泰勒棱镜、第一反射镜出射后，通过光隔离器的中心，调整光隔离器的入射面和出射面自带的第一1/2波片，使得输出的激光通过光隔离器后的输出功率最大。
[0017]其中，经第一偏振分光棱镜中心的第一反射光通过第二1/2波片的中心，入射至第二偏振分光棱镜中心，经第二偏振分光棱镜后，入射光变为两束传播方向垂直的光，即第二透射光和第二反射光，
[0018]第二透射光经第二二向色镜后，780nm和795nm激光分开，780nm探测光经第二二向色镜、795nm探测光经第五反射镜均透过第二铷原子气室后入射至第三偏振分光棱镜，分别由两个光电探测器进行探测；第二反射光经第一二向色镜后，780nm和795nm激光分开，780泵浦光经第三1/2波片中心、第一电光调制器中心、第四1/2波片中心后，经第二反射镜入射至第三偏振分光棱镜，经反射使得780泵浦光与780探测光合束；795泵浦光经第四反射镜中心、第五1/2波片中心、第二电光调制器中心、第六1/2波片中心后，经第五反射镜入射至第三偏振分光棱镜，经反射使得795泵浦光与795探测光合束。第二1/2波片用于调节第二透射
光和第二反射光的光强比例；
[0019]第三1/2波片用于将780泵浦光偏振态由S偏振改为P偏振，第四1/2波片用于将经第一电光调制器调制后的光偏振态由P偏振改为S偏振，经第三偏振分光棱镜发生反射。
[0020]第五1/2波片用于将795泵浦光偏振态由S偏振改为P偏振，第六1/2波片用于将经第二电光调制器调制后的光偏振态由P偏振改为S偏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，其特征在于，所述激光器包括：双波长的法拉第反常色散原子滤光器，所述滤光器由第一格兰泰勒棱镜、第一铷原子气室、第二格兰泰勒棱镜、永磁铁构成，所述激光器还包括：宽带增益增透膜激光二极管和角锥反馈镜，所述宽带增益增透膜激光二极管发出的宽带荧光通过第一格兰泰勒棱镜、第一铷原子气室时，宽带荧光发生法拉第旋光效应使得偏振方向发生偏转后通过第二格兰泰勒棱镜，偏转后的宽带荧光垂直入射至角锥反馈镜，某一比例的荧光通过角锥反馈镜反射，按原路返回至宽带增益增透膜激光二极管，形成光学谐振腔，实现激光输出。2.根据权利要求1所述的一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，其特征在于，所述第一格兰泰勒棱镜与第二格兰泰勒棱镜透射光的偏振方向互相垂直，所述第一铷原子气室与永磁铁为一体化结构。3.根据权利要求1所述的一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，其特征在于，所述激光器还包括：在探测光光路中放置第二铷原子气室，通过调制解调将双频激光频率均锁定至对应的原子跃迁谱线上，使得激光绝对频率参考实现溯源。4.根据权利要求1所述的一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，其特征在于，所述激光器还包括：准直透镜、压电陶瓷、第一反射镜，所述宽带增益增透膜激光二极管、准直透镜、双波长的法拉第反常色散原子滤光器、压电陶瓷、及第一反射镜组成了双波长法拉第激光模块。5.根据权利要求3所述的一种THz辐射源及THz间隔双波长法拉第激光器，其特征在于，所述激光器还包括：稳频模块，所述稳频模块包括：第二偏振分光棱镜、第一二向色镜、第三1/2波...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈景标，王志洋，缪健翔，史田田，
申请(专利权)人：浙江法拉第激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：