本发明专利技术提供了一种基于角锥棱镜谐振腔的太赫兹波参量振荡器，其谐振腔由直角三面体角锥棱镜和输出镜构成，直角三面体角锥棱镜能绕谐振腔的腔轴旋转；谐振腔内设有ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ↓［３］晶体，ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ↓［３］晶体表面安放有硅棱镜阵列，在直角三面体角锥棱镜与ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ↓［３］晶体之间按布儒斯特角放置偏振镜；泵浦光入射谐振腔，激励ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ↓［３］晶体产生太赫兹波，太赫兹波通过硅棱镜阵列出射。本发明专利技术无需整体旋转谐振腔，只需旋转输出镜就可实现太赫兹波的频率调谐输出。本发明专利技术是一种体积小、结构紧凑、工作稳定性高、连续可调谐的全固态太赫兹波相干辐射源，可广泛用于医学诊断、精细光谱分析、生物医学成像、太赫兹通讯等太赫兹光电子技术领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太赫兹波光电子学
，具体涉及一种太赫兹波参量振荡器。
技术介绍
太赫兹波是指频率在0.1-10THz范围内的电磁波(lTHz=1012Hz)，其波段位于电磁 波谱中毫米波和远红外光之间。太赫兹波频段是一个非常具有科学研究价值但尚未充分 研究开发的电磁辐射区域。由于物质在太赫兹波频段的发射、反射和透射光谱中包含有 丰富的物理和化学信息，并且太赫兹波辐射具有低能性、高穿透性等特性，因此它在物 理、化学、天文学、生命科学和医药科学等基础研究领域，以及安全检査、医学成像、 环境监测、食品检验、射电天文、卫星通信和武器制导等应用研究领域均具有巨大的科 学研究价值和广阔的应用前景。然而，太赫兹波的产生和探测技术与十分成熟的微波、 光学技术相比仍然十分落后，这就成为限制现代太赫兹技术发展的最主要因素之一。因 此，研制出性能优良的太赫兹波辐射源，已经成为科研工作者追求的目标和迫切需要解 决的实际问题。产生太赫兹波辐射的方法很多，而利用非线性光学方法产生连续可调谐、相干窄带 太赫兹波辐射的方法凭借其独特的优点，逐渐为科研工作者所青睐。基于受激电磁耦子 散射过程的太赫兹波参量振荡器，是一种性能优良的太赫兹波辐射源，可以产生具有高 相干性、连续可调谐、单色性好的太赫兹波。与利用非线性差频方法产生太赫兹波辐射 相比，它只需一个固定波长的泵浦源和一块价格相对低廉的非线性晶体(如LiNbCb晶 体)，并且非线性转换效率相对较高，频率调谐简单迅速，实验设备更为简单、结构更 为紧凑、成本低，因此近十几年来倍受人们所瞩目，逐渐成为国际上研究的热点。目前， 众多国内外科研工作者分别对基于LiNb03晶体及其掺杂晶体MgO: LiNb03晶体组成的 太赫兹波参量振荡器，进行了详细而大量的创新性研究工作，实现了 l-3THz的调谐范 围，峰值功率达到百毫瓦量级，并利用它们作为辐射源成功进行了很多的应用性研究， 充分证明了太赫兹波参量振荡器是一种性能优良、实用性很强的太赫兹波波辐射源。太赫兹波参量振荡器是基于极性晶体(如LiNbCb晶体)在前向拉曼散射过程中， 其晶格振动模电磁耦子的角度色散特性来实现太赫兹波的连续调谐受激辐射的。基于此 原理，目前太赫兹波参量振荡器通常采用角度调谐技术来实现太赫兹波的频率调谐，即 通过在一个很小角度范围内连续转动放置太赫兹波参量振荡器谐振腔的旋转平台，以改 变入射泵浦光与太赫兹波参量振荡器谐振腔腔轴夹角的方法，来实现太赫兹波的连续调 谐输出。在此调谐过程中，泵浦光、振荡的斯托克斯光以及太赫兹波满足非共线相位匹 配过程。太赫兹波参量振荡器的谐振腔通常采用平面镜组成的直腔型结构，即谐振腔一端为 平面全反镜，另一端为平面部分透过率镜。平-平腔型的太赫兹波参量振荡器虽然具有 结构简单、直观，振荡光模体积较大，比较容易获得单模振荡等优点，但平-平腔型对 于太赫兹波参量振荡器这种非共线参量振荡过程来说，调整精度要求极高，在通过机械 方式转动放置谐振腔的平台来实现太赫兹波调谐输出时，谐振腔很容易受到诸如振动、 冲击或温度突变等外界因素的干扰而导致其严重失调，其苛刻的谐振腔平行度严重影响 了太赫兹波参量振荡器的工作稳定性，限制了其在实际中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工作稳定性高，谐振腔无需整体 转动就可实现太赫兹波调谐输出的太赫兹波参量振荡器。本专利技术采用的技术方案是一种基于角锥棱镜谐振腔的太赫兹波参量振荡器，其谐振腔由直角三面体角锥棱镜 3-l和输出镜9构成，直角三面体角锥棱镜3-l能绕谐振腔的光轴旋转；谐振腔内设有 MgO:LiNb03晶体6， MgO:LiNb03晶体6表面安放有硅棱镜阵列，在直角三面体角锥棱 镜3-1与MgO丄iNb03晶体6间按布儒斯特角放有偏振镜4;泵浦光入射谐振腔，激励 MgO:LiNb03晶体6产生太赫兹波7和振荡的斯托克斯光8，太赫兹波7通过硅棱镜阵 列出射，偏振镜4保证振荡的斯托克斯光8的线偏振方向。所述输出镜9为多半圆形。所述直角三面体角锥棱镜3-l固定于半圆形金属卡具3-2上，两者的圆心重合，半圆形金属卡具3-2固定于可旋转的光学镜架上。本专利技术与常见的太赫兹波参量振荡器相比，具有以下优点(1) 无需整体旋转太赫兹波参量振荡器谐振腔，只需转动输出镜9就可实现太赫兹波 调谐输出，调谐方法更为简单、迅捷；(2) 由于该谐振腔的腔型结构具有自准直、安装调试简单、抗失调性高等显著特点， 使得太赫兹波参量振荡器能在"干扰"条件下稳定运转；(3) 由于角锥棱镜3-l具有全内反平行反射和准相位共轭的特性，使得角锥棱镜谐振 腔能克服工作物质MgO丄iNb03晶体6内部因掺杂浓度不均匀所导致的折射率、 密度、应力等不均匀性和参量增益非对称性所造成的增益分布不均匀，利用其"匀 光效应"可对腔内增益进行重新分配，从而可改善太赫兹波参量振荡器的运转特 性；(4) 在不改变泵浦光能量的前提下，通过沿谐振腔腔轴旋转角锥棱镜装置3来控制腔 内斯托克斯光偏振性，就可以改变输出太赫兹波的强度、脉宽等特性，为改变太 赫兹波输出特性提供了 一种有效手段。附图说明图1是本专利技术原理示意图，图1 (a)为本技术整体结构示意图，图1 (b)为 三波非共线相位匹配示意图2是硅棱镜切割方式示意图； 图3是晶体与硅棱镜安装方式；图4是角锥棱镜装置示意图5是多半圆形输出镜示意图。图中，l为Nd: YAG激光器，2为望远镜縮束系统，3为角锥棱镜装置，4为偏振 镜，5为硅棱镜，6为MgO:LiNb03晶体，7为出射的太赫兹波，9为多半圆形输出镜。 其中，3-l为角锥棱镜，3-2为角锥棱镜卡具。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术进行进一步详述。图1 (a)为本专利技术整体结构示意图，利用电光调Q脉冲Nd: YAG激光器1的基频 光(1064nm)输出作为太赫兹波参量振荡器的泵浦源，其泵浦光的偏振方向平行于太赫5兹波参量振荡器的工作物质MgO: LiNb03晶体6 (掺杂浓度为5%mol)的Z轴方向。利 用望远镜系统2将泵浦光光斑直径縮束成2-3mm，然后沿X轴方向垂直入射工作物质 MgO: LiNb03晶体6，并尽量靠近MgO: LiNb03晶体6用作太赫兹波输出的X-Z面，以 縮短太赫兹波在晶体中的传输路径。MgO: LiNb03晶体6切割方式及尺寸为60mm (X轴)xiOmm (Y轴)x5mm (Z 轴)，对两个Y-Z通光面进行光学抛光，并镀中心波长为1070nm增透膜；晶体6的两 个X-Z面亦进行光学抛光。由于在太赫兹波参量振荡过程中，泵浦光A一、振荡的斯托 克斯光& 和产生的太赫兹波A^满足非共线相位匹配过程(如图1 (b)所示)，因此 产生的太赫兹波7将从MgO: LiNb03晶体6的用作太赫兹波输出的X-Z面处出射。为了避免太赫兹波在晶体中发生全反射，提高其输出效率，利用高电阻率硅 (H0KQ，cm'1)制成的棱镜5组成的阵列作为太赫兹波输出耦合器。如图2所示，硅棱 镜按90°、 50。和40。切割，棱镜底面长度为10mm，厚度为5mm，对斜面和50°角所对 的直角面进行光学抛光。将由多个硅棱镜组成的阵列固定于金属板上，将MgO:LiNbCb 晶体6用作太赫本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于角锥棱镜谐振腔的太赫兹波参量振荡器，其谐振腔由直角三面体角锥棱镜（３－１）和输出镜（９）构成，直角三面体角锥棱镜（３－１）能绕谐振腔的光轴旋转；谐振腔内设有ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ↓［３］晶体（６），ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ↓［３］晶体（６）表面安放有硅棱镜阵列，在直角三面体角锥棱镜（３－１）与ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ↓［３］晶体（６）间按布儒斯特角放有偏振镜（４）；泵浦光入射谐振腔，激励ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ↓［３］晶体（６）产生太赫兹波（７）和振荡的斯托克斯光（８），太赫兹波（７）通过硅棱镜阵列出射，偏振镜（４）保证振荡的斯托克斯光（８）的线偏振方向。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙博，刘劲松，姚建铨，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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