一种谐振腔和优化级联差频结合的高功率太赫兹辐射源制造技术

本发明专利技术的目的是提供一种谐振腔和优化级联差频结合的高功率太赫兹辐射源，包括第一泵浦源和第二泵浦源，非周期极化APPLN晶体、合束镜、相位延迟系统，组成谐振腔的第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜、分光镜；可以增强太赫兹波的强度，提高太赫兹波能量转化效率。通过对腔镜反射率的设置，使得Stokes光波在腔内振荡，可以重复地将能量从泵浦波转移到高阶Stokes波。到高阶Stokes波。到高阶Stokes波。

【技术实现步骤摘要】
一种谐振腔和优化级联差频结合的高功率太赫兹辐射源


[0001]本专利技术属于太赫兹波应用
，具体涉及一种谐振腔和优化级联差频结合的高功率太赫兹辐射源。

技术介绍

[0002]太赫兹波（Terahertz，简称THz），是指频率在0.1
‑
10THz（1THz＝10
12
THz）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THz波成像与普通光学图像或X射线图像不同，脉冲THz波图像中的每个像素包含整个THz波形，而不仅仅是光束的强度。THz波形的傅里叶变换还可以提取该像素的光谱信息。因此，THz波成像不仅通过其轮廓识别目标，而且还获得目标的复合信息。
[0003]（2）生物医学
由于THz波段的“指纹”特性使得与介质相互作用时包含丰富的物理和化学信息，而低能性保证其可以应用于生物医学成像等领域。由于THz光源由不同的复合偏振的光波组成，可以通过不同的偏振光对介质进行采集信息以获得病理组织更确切的诊断信息，因此THz波对癌症的临床诊断和治疗具有重大作用。
[0004]（3）无损检测领域THz 波的穿透性能够很好的应用于无损探伤和 THz 成像领域。利用THz 时域光谱技术实现在非接触和非破坏的条件下，可以穿透衣服、纸箱、塑料等非极性电介质材料，因此不仅可以探测介质的化学性质，而且能够判断物体的轮廓和形态。
[0005]（4）通信领域THz波带宽较宽、方向性好、传输速率高，所以在空间高速通信和雷达的应用中具有很大的潜力，具有军民结合、均衡协同发展的应用前景。由于THz波对水分子较为敏感，所以在大气中传输可以实现保密通讯。而相比于可见光和红外线，THz波由于波长长具有更好的方向性，使得其能够在云雾中以极高的带宽实现空间通信。
[0006]（5）国土安全领域THz 波方向性好，波束窄，具有较强的云层、烟雾穿透能力，在军事应用中，导弹末端精确制导采用 THz 波进行修正提高制导精准度，具有极高的军事应用价值。
[0007]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

[0008]本专利技术的目的是提供一种谐振腔和优化级联差频结合的高功率太赫兹辐射源，可以增强太赫兹波的强度，提高太赫兹波能量转化效率。
[0009]本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种谐振腔和优化级联差频结合的高功率太赫兹辐射源，其特征在于：包括第一泵浦源和第二泵浦源，非周期极化APPLN晶体、合束镜、相位延迟系统，组成谐振腔的第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜、分光镜；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；第一混频光通过第五反射镜入射APPLN晶体中，经级联光学差频效应产生第二混频光；第二混频光经过第六反射镜透射出第三混频光；第二混频光经过第六反射镜反射出Stokes光波；Stokes光波通过第七反射镜、第八反射镜、第五反射镜高反射后以与第一混频光平行的方向入射APPLN晶体，Stokes光波在谐振腔中完成循环振荡；第三混频光经过分光镜后分为光波和太赫兹波两束光；光波通过分光镜反射得到，太赫兹波从分光镜穿过或者透射得到；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束泵浦光的初始传播方向为X轴正向，从第二泵浦源出射的第二泵浦光的初始传播方向为Y轴负向，第一混频光的传播方向为X轴的正向，第二混频光的传播方向为X轴的正向，第三混频光的传播方向为X轴的正向，太赫兹波的传播方向为X轴正向，光波的传播方向为Y轴正向。
[0010]所述第一泵浦源采用脉冲激光器，第二泵浦源采用脉冲激光器，上述泵浦源发出的泵浦光的偏振方向均为Z轴；第一泵浦光和第二泵浦光的频率差等于太赫兹波的频率。
[0011]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，泵浦光依次经过第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜反射完成相位延迟。
[0012]所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜均为平面镜；第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜对第二泵浦光全反射。
[0013]所述APPLN晶体为长方体，在X
‑
Y平面内为矩形，晶体的长度方向与X轴正向一致，晶体光轴沿Z轴；APPLN晶体的非极化周期分布沿着APPLN晶体长度方向分成两部分，第一部分满足从1阶Stokes级联差频到N阶，N阶是指大于一阶小于{（第一泵浦光的频率
‑
60THz）/太赫兹波的频率}阶的范围内的任意一阶，Stokes级联差频的相位失配沿晶体长度逐阶等于0，第二部分满足从M阶anti
‑
Stokes级联差频到K阶，Stokes级联差频的相位失配沿晶体长度逐阶等于0，其中M阶anti
‑
Stokes级联差频所对应的差频光为功率密度最高的anti
‑
Stokes光，K阶指大于一阶小于{（第一泵浦光的频率
‑
60THz）/太赫兹波的频率}阶的范围内的任意一阶，且K＞N。
[0014]所述第一混频光包含第一泵浦光和第二泵浦光，第二混频光包含Stokes光波、光波和太赫兹波；第三混频光包含光波和太赫兹波；光波包含第一泵浦光、第二泵浦光和anti
‑
Stokes光波；上述相邻级联光波的频率差等于太赫兹波的频率。
[0015]所述第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜均为凹透镜。第五反射镜和第六反射镜均对第一混频光高透射，透射率为0.99，对Stokes光波高反射，反射率为0.99；第六反射镜对第三混频光高透射，透射率为0.99；第七反射镜和第八反射镜均对Stokes光波高反射，反射率为0.99。
[0016]Stokes光波在谐振腔内循环振荡，第三混频光透射出谐振腔。
[0017]所述第六反射镜和分光镜是由硅材料制备，对太赫兹波的吸收系数小；分光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谐振腔和优化级联差频结合的高功率太赫兹辐射源，其特征在于：包括第一泵浦源（1）和第二泵浦源（4），非周期极化APPLN晶体（15）、合束镜（3）、相位延迟系统，组成谐振腔的第五反射镜（11）、第六反射镜（12）、第七反射镜（13）、第八反射镜（14）、分光镜（19）；从第一泵浦源（1）出射的第一泵浦光（2）进入合束镜（3）；从第二泵浦源（4）出射的第二泵浦光（5）经过相位延迟系统进入合束镜（3）；第一泵浦光（2）与第二泵浦光（5）在合束镜（3）中合为一束第一混频光（10）；第一混频光（10）通过第五反射镜（11）入射APPLN晶体（15）中，经级联光学差频效应产生第二混频光（17）；第二混频光（17）经过第六反射镜（12）透射出第三混频光（18）；第二混频光（17）经过第六反射镜（12）反射出Stokes光波（16）；Stokes光波（16）通过第七反射镜（13）、第八反射镜（14）、第五反射镜（11）高反射后以与第一混频光（10）平行的方向入射APPLN晶体（15），Stokes光波（16）在谐振腔中完成循环振荡；第三混频光（18）经过分光镜（19）后分为光波（21）和太赫兹波（20）两束光；光波（21）通过分光镜（19）反射得到，太赫兹波（20）从分光镜（19）穿过或者透射得到；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）出射的第一束泵浦光（2）的初始传播方向为X轴正向，从第二泵浦源（4）出射的第二泵浦光（5）的初始传播方向为Y轴负向，第一混频光（10）的传播方向为X轴的正向，第二混频光（17）的传播方向为X轴的正向，第三混频光（18）的传播方向为X轴的正向，太赫兹波（20）的传播方向为X轴正向，光波（21）的传播方向为Y轴正向。2.根据权利要求1所述的谐振腔和优化级联差频结合的高功率太赫兹辐射源，其特征在于：所述第一泵浦源（1）采用脉冲激光器，第二泵浦源（4）采用脉冲激光器，上述泵浦源发出的泵浦光的偏振方向均为Z轴；第一泵浦光（2）和第二泵浦光（5）的频率差等于太赫兹波（20）的频率。3.根据权利要求1所述的谐振腔和优化级联差频结合的高功率太赫兹辐射源，其特征在于：相位延迟系统由第一反射镜（6）、第二反射镜（7）、第三反射镜（8）和第四反射镜（9）组成，泵浦光（5）依次经过第一反射镜（6）、第二反射镜（7）、第三反射镜（8）和第四反射镜（9）反射完成相位延迟。4.根据权利要求3所述的谐振腔和优化级联差频结合的高功率太赫兹辐射源，其特征在于：所述第一反射镜（6）、第二反射镜（7）、第三反射镜（8）、第四反射镜（9）均为平面镜；第一反射镜（6）、第二反射镜（7）、第三反射镜（8）、第四反射镜（9）对第二泵浦光（5）...

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