[发明专利]基于碲化镉的无角度调谐太赫兹共线差频辐射系统

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹辐射测量领域，具体涉及一种无角度调谐的太赫兹波共线差频辐射系统。

背景技术

太赫兹波(0.1-10THz)，其电磁波谱处于微波与红外之间，有着一系列的独特性能。固体中的声学声子、光学声子，半导体中的缺陷态、杂质态能级，以及超晶格半导体中的子带跃迁能都集中在这一波段范围内。被誉为改变二十一世纪十大科学技术之一的太赫兹科学技术，已经或将给通信、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像、无损检测、安全检查、军事反恐、生物化学、材料科学等领域带来了广泛的应用和深远的影响。随着近年来太赫兹科学技术的迅猛发展，各种类型的太赫兹光源已经被实验室研制出来，部分太赫兹光源开始逐渐投入到实际应用领域。一般而言，太赫兹辐射源可以分为两大类：第一大类是指基于超快电子学的发展所形成的太赫兹光源，由耿氏振荡器、返波管、自由电子激光器等作为典型代表；第二大类则可归结为基于光学效应所产生的太赫兹光源，有量子级联激光器、太赫兹参量光源、基于超快非秒激光器的光整流、光电导效应的太赫兹光源、基于纳秒激光器差频效应的太赫兹光源等。

目前，由飞秒激光器的光整流、光电导效应所产生的太赫兹光源，凭借其频谱波段宽、信噪比高的优势，已经发展成为在太赫兹波段对材料吸收系数、折射率系数等物理量表征测量非常优秀的一套完整测量系统——太赫兹时域光谱系统。然而，为了追求窄线宽、宽波段、波长准连续可调、体积小、高功率以及室温工作的太赫兹光源，只能大力发展基于纳秒激光器差频效应的太赫兹光源。

目前，纳秒激光器差频所用晶体主要集中在双折射晶体领域，如硒化镓，磷锗锌，DAST等。在这些双折射晶体中，因为寻常光与非寻常光的折射率系数不相同，且非寻常光的折射率系数是晶体与入射光之间的角度的函数，利用这一特性可以按照某种相位匹配配置方式(如“oee”，“eoo”相位匹配)产生波长可调谐的宽波段太赫兹光辐射。

目前纳秒激光器太赫兹差频辐射源的高功率运行，在实际操作中还具有一定的局限性：专利申请号200910051791的“一种自动测量样品太赫兹波段光谱特性的系统”，其系统所使用的非线性材料为双折射硒化镓晶体，由于其使用双折射效应来促使入射光束与太赫兹光束在晶体中满足相位匹配条件，因而在实际进行太赫兹波波长调谐操作时，不仅需要调谐可调谐激光源的出射波长，还需同时精确调谐入射光束与晶体光轴之间的方位角，这将对该系统的稳定性带来了一定困难，同时也提高了该系统的实际操作难度，不便于实际大规模应用。专利申请号200910063263的“一种太赫兹波参量振荡器频率调谐方法”，其太赫兹波的产生来源于铌酸锂晶体中的参量振荡效应，虽然只需要一束泵浦激光光束，一定程度上减小了实验操作难度，但是其太赫兹波波长调谐也需要精确调谐泵浦光束与参量振荡器之间的角度，同样对系统的稳定性提出了较高的要求，增加了实际应用的难度，不利于大规模应用推广。

本专利将利用非线性光学共线差频原理和准相位匹配技术，在各向同性碲化镉晶体中实现高功率可调谐准连续宽波段的太赫兹光波辐射，与以上两个专利显著不同之处在于其太赫兹光的产生原理不仅应用差频辐射原理，还使用准相位匹配技术，因而该系统的太赫兹波波长调谐完全不需要调节晶体与入射光束之间的方位角，只需调谐可调谐激光器输出波长，使实验操作更加简便，系统的稳定性能得到大大提高，便于该系统的实际大规模应用。

发明内容

针对目前纳秒激光器差频太赫兹辐射系统所面临的系统稳定性差，操作难度高，不利于实际大规模应用等缺点，本发明提出利用非线性光学共线差频原理和准相位匹配技术，在碲化镉晶体中实现一种无角度调谐的太赫兹光辐射系统，该系统在满足辐射高功率准连续近单色宽波段太赫兹光波特点的同时，还满足其太赫兹光波长调谐简便，系统稳定性高，便于大规模应用等突出优点。

本发明技术理论来源于共线光学差频原理和准相位匹配技术。

本发明采用的技术方案：