一种同时产生太赫兹波和可调谐激光的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种同时产生太赫兹波和可调谐激光的装置，包括第一泵浦源和第二泵浦源，第一APPLN晶体，第二APPLN晶体，合束镜，相位延迟系统以及用于改变光路的第五反射镜，第一抛物面镜，第二抛物面镜；在通过级联光学差频作用，在产生太赫兹波的同时，可以产生可调谐激光，可以使级联光中各阶级联光的能量聚集在中红外频率处。红外频率处。红外频率处。

【技术实现步骤摘要】
一种同时产生太赫兹波和可调谐激光的装置


[0001]本专利技术属于中红外激光
，具体涉及同时产生太赫兹波和可调谐激光的装置。

技术介绍

[0002]3~5μm中红外波段激光处于大气窗口区、高温物体热辐射能量集中区及水分子强吸收区，在遥感探测、光电对抗及医疗诊断等领域有着十分重要的应用。与普通波长固定的单峰中红外激光相比，多峰、宽谱及宽调谐中红外激光在一些特殊场合有着更为重要的应用，譬如太赫兹产生，CARS光谱测温技术、相干脉冲合成、量子光学、多组分气体同步检测等，因此中红外激光光源的光谱调控技术一直以来都是非线性变频领域中的研究热点。中红外波段激光主要应用在以下领域：（1）光谱分析中红外3
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5 μm波段被称为分子的“指纹谱”，该波段峰多且复杂，涵盖了大部分分子的吸收谱线，甲烷、乙烷、丙烷、氯化氢、硫化氢、氟化氢、水蒸气等气体可以用中红外波段检测。因此该波段激光可以更广泛的探测大气成分、大气污染、生化毒剂以及臭氧、水蒸气分布等。
[0003]（2）医疗诊断中红外波段包含了水的吸收峰，辐射生物组织时，组织内部水分子迅速吸收激光能量，瞬间达到汽化温度并受热分解，生物组织汽化带走了大部分热量，因此减少了对周围组织的光化学解离消融作用，从而高精度的消融了病变组织，并大大降低了致突变的风险。
[0004]（3）光电对抗在科技高速发展的现代，在战争中掌握精准打击和反精准打击的对抗技术已经成为作战制胜的关键。通过利用激光对敌方的光电设备或危险目标进行快速精准定位制导摧毁目标，这种作战方式具有高隐蔽性、攻击性以及高精度攻击等特性，特别是通过成像、凝视、多波段复合制导技术手段研制的第四代红外制导导弹，在制导灵敏度和抗干扰能力有突出优势，可以更远更精确的攻击目标。
[0005]基于晶体非线性频率变换技术实现的光学参量振荡器（optical parametric oscillator，OPO）具有调谐范围宽，转换效率高，光束质量好，结构紧凑灵活，谱宽选择度高等诸多优点，是目前实现中红外波段激光输出的重要手段之一，获得了业界的青睐并成为了研究热点。由于OPO采用了谐振腔结构，存在阈值的限制，并且对气体检测而言，其单频控制方面有待提高。近年来，基于差频产生的中红外光源，由于具有结构简单、调谐方便、室温运转和无值限制等优良特性，受到了广泛的关注。随着准相位匹配(QPM)技术及各种新型周期性极化非线性品体的应用，中红外DFG光源发展迅速，已成为当前气体光谱检测的主流光源。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种同时产生太赫兹波和可调谐激光的装置，在通过级联光学差频作用，在产生太赫兹波的同时，可以产生可调谐激光，可以使级联光中各阶级联光的能量聚集在中红外频率处。
[0007]本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种同时产生太赫兹波和可调谐激光的装置，包括第一泵浦源和第二泵浦源，第一APPLN晶体，第二APPLN晶体，合束镜，相位延迟系统以及用于改变光路的第五反射镜，第一抛物面镜，第二抛物面镜；从第一泵浦源出射的第一泵浦光进入合束镜；从第二泵浦源出射的第二泵浦光经过相位延迟系统与第五反射镜后进入合束镜；第一泵浦光与第二泵浦光在合束镜中合为一束第一混频光；第一混频光直接或者经过望远镜系统后入射到第一APPLN晶体中，第一混频光中的第一泵浦光与第二泵浦光在第一APPLN晶体中通过级联光学差频效应产生第二混频光；第二混频光中的太赫兹波经过第一抛物面镜后反射射出，第二混频光中的多阶级联光经过第一抛物面镜后透射，然后入射至第二APPLN晶体中，经过级联光学差频得到第三混频光，第三混频光经第二抛物面镜分为中红外激光和第四混频光，经过第二抛物面镜反射得到第四混频光，经过第二抛物面镜透射得到红外激光；第一泵浦光和第二泵浦光的频率差为0.5
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2 THz；光束传播的平面为X轴和Y轴所确定的平面，Z轴垂直于光束传播的平面；从第一泵浦源出射的第一泵浦光与从第二泵浦源出射的第二泵浦光的初始传播方向均与为X轴正向，第一混频光、第二混频光、多阶级联光、第三混频光以及中红外激光的传播方向均为X轴正向，太赫兹波与第四混频光的传播方向为Y轴正向；第一泵浦光与第二泵浦光的偏振方向均为Z轴。
[0008]相位延迟系统由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜组成；从第二泵浦源出射的第二泵浦光依次经过由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜组成的相位延迟系统，然后经第五反射镜改变光路后入射进入合束镜。
[0009]所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜、第五反射镜均为平面镜；第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜对第二泵浦光全反射；第一抛物面镜对多阶级联光高透射，对太赫兹波全反射；第二抛物面镜对中红外激光高透射，对第四混频光全反射。
[0010]第一抛物面镜对多阶级联光的透射率为99.9%，第二抛物面镜对中红外激光22的透射率为99.9%。
[0011]所述第一APPLN晶体和第二APPLN晶体均为长方体，在X
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Y平面内为矩形，晶体的长度方向与X轴正向一致，晶体的光轴沿Z轴；第一APPLN晶体和第二APPLN晶体为非周期极化晶体；第一APPLN晶体的非周期极化分布沿晶体长度从第1阶红移到n阶红移的相位失配逐阶等于0，n阶是大于一阶小于{（第一泵浦光的频率
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60THz）/太赫兹波的频率}阶的范围内的任意一阶；第二APPLN晶体的非周期极化分布沿晶体长度从第m阶红移到k阶红移的相位失配逐阶等于0，k阶是大于m阶小于{（第一泵浦光的频率
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60THz）/太赫兹波的频率}阶的范围内的任意一阶；其中第m阶差频包含的两束差频光为多阶级联光中能量最大的级联光以及与其相邻的频率较小的级联光。
[0012]所述多阶级联光是多个频率的级联光混合的一种混频光，且它们共线传播；多阶级联光中相邻阶级联光的频率差等于第一泵浦光与第二泵浦光之间的频率差。
[0013]所述第四混频光包含第一混频光和anti
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stokes光。
[0014]相对于现有技术，本专利技术提供的一种同时产生太赫兹波和可调谐激光的装置是基于非线性光学频率变换技术同时产生太赫兹波和可调谐激光的。改变第一APPLN晶体的晶体长度以及非周期极化分布得到不同强度的太赫兹波与能量分布不同的多阶级联光组成的第二混频光，相应的改变第二APPLN晶体的晶体长度得到可调谐激光。与现有的产生中红外激光的装置相比，通过设置第一APPLN晶体和第二APPLN晶体的极化周期，可以使各阶级联光的能量聚集在中红外激光，具有光学转换效率高的优点。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的结构原理图。
[0016]图2(a) 是当两个泵浦源的功率密度分别为300 MW/cm2，第一APPLN晶体长度为5 mm时的多阶级联光17的能量强度分布图。
[0017]图2(b) 是当两个泵浦源的功率密度分别为300 MW/cm2，第一APP本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同时产生太赫兹波和可调谐激光的装置，其特征在于：包括第一泵浦源（1）和第二泵浦源（3），第一APPLN晶体（13），第二APPLN晶体（18），合束镜（10），相位延迟系统以及用于改变光路的第五反射镜（9），第一抛物面镜（15），第二抛物面镜（20）；从第一泵浦源（1）出射的第一泵浦光（2）进入合束镜（10）；从第二泵浦源（3）出射的第二泵浦光（4）经过相位延迟系统与第五反射镜（9）后进入合束镜（10）；第一泵浦光（2）与第二泵浦光（4）在合束镜（10）中合为一束第一混频光（11）；第一混频光（11）直接或者经过望远镜系统（12）后入射到第一APPLN晶体（13）中，第一混频光（11）中的第一泵浦光（2）与第二泵浦光（4）在第一APPLN晶体（13）中通过级联光学差频效应产生第二混频光（14）；第二混频光（14）中的太赫兹波（16）经过第一抛物面镜（15）后反射射出，第二混频光（14）中的多阶级联光（17）经过第一抛物面镜（15）后透射，然后入射至第二APPLN晶体（18）中，经过级联光学差频得到第三混频光（19），第三混频光（19）经第二抛物面镜（20）分为中红外激光（22）和第四混频光（21），经过第二抛物面镜（20）反射得到第四混频光（21），经过第二抛物面镜（20）透射得到红外激光（22）；第一泵浦光（2）和第二泵浦光（4）的频率差为0.5
‑
2 THz；光束传播的平面为X轴和Y轴所确定的平面，Z轴垂直于光束传播的平面；从第一泵浦源（1）出射的第一泵浦光（2）与从第二泵浦源（3）出射的第二泵浦光（4）的初始传播方向均与为X轴正向，第一混频光（11）、第二混频光（14）、多阶级联光（17）、第三混频光（19）以及中红外激光（22）的传播方向均为X轴正向，太赫兹波（16）与第四混频光（21）的传播方向为Y轴正向；第一泵浦光（2）与第二泵浦光（4）的偏振方向均为Z轴。2.根据权利要求1所述的同时产生太赫兹波和可调谐激光的装置，其特征在于：相位延迟系统由第一反射镜（5）、第二反射镜（6）、第三反射镜（7）和第四反射镜（8）组成；从第二泵浦源（3）出射的第二泵浦光（4）依次经过由第一反射镜（5）、第二反射镜（6）、第三反射镜（7）和第四反射镜（8）组成的相位延迟系统，然后经第五反射镜（...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠洋，姚建铨，钟凯，徐德刚，张红涛，陈治良，谭联，邴丕彬，袁胜，王凯伍，史晨旭，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：