[发明专利]太赫兹波光学参量放大装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹波光学参量放大技术，具体涉及一种太赫兹波光学参量放大方法及其装置。

背景技术

太赫兹(THz)辐射通常指的是频率在0.1THz～10THz之间的电磁波，其波段在微波和远红外之间。THz电磁辐射具有非常独特的性质，它可以透过各种生物体、电介质材料以及气相物质，这些介质在THz波段具有丰富的吸收和色散性质，通过测量并分析样品的THz信号便可以获得关于材料中的物质成分和物理、化学以及生物学信息。太赫兹频域在高数据率通信、保密通信、精确制导和隐藏武器探测等方面有重要的应用。因此，太赫兹(THz)技术在国家安全、国民经济和科学研究等领域有多方面的应用前景。THz辐射源研究是THz科学技术发展和应用的重要环节。如何产生高功率(高能量)、高效率的THz辐射源成为THz技术应用领域研究及发展的关键问题。目前，THz辐射源的直接输出功率都在毫瓦(平均功率)和千瓦(峰值功率)，光学THz波参量放大技术是目前解决这一关键问题的重要途径。

光学THz波参量放大技术基于光学差频过程(ω_THz＝ω_泵浦光-ω_信号光)，可以获得更高的THz波输出功率，并且具有能在室温下运转、增益宽带大和结构紧凑的优点。

发明内容

本发明旨在提供一种太赫兹波光学参量放大方法及其装置，以解决现有光学太赫兹源技术中输出功率低、设备结构复杂、成本较高的问题。

本发明的技术解决方案：

太赫兹波光学参量放大装置，其特殊之处在于：包括泵浦源、THz波信号源及THz波参量放大器，

所述THz波参量放大器包括按照光路依次设置的空间光束准直及分束装置和非线性光学晶体，所述空间光束准直及分束装置上设置有信号光输入端口和泵浦光的输入端口，所述非线性光学晶体上设置有THz波的输出端口，所述泵浦源发射的泵浦光入射至泵浦光的输入端口，所述THz波信号源发射的THz波入射至信号光输入端口，所述空间光束准直及分束装置的输出合成光入射至非线性光学晶体，所述非线性光学晶体输出THz波。

还包括反馈系统，所述反馈系统包括THz波功率计、反馈电路、THz波反射镜以及设置在THz波反射镜底部的第二旋转平台，所述THz波反射镜设置在非线性光学晶体的光路上并与非线性光学晶体输出的THz波成45°夹角，

所述THz波参量放大器还包括设置在非线性光学晶体底部的第一旋转平台及电控制模块，

所述非线性光学晶体输出的THz波通过THz波反射镜将THz波反射至THz波功率计的采样检测输入端，所述反馈电路输出端与THz波功率计连接，所述反馈电路的输出端与电控制模块的输入端连接，所述电控制模块的输出端与第一旋转平台连接。

上述THz波参量放大器还包括THz波窗片，所述THz波窗片设置在非线性光学晶体和THz波反射镜之间。

上述泵浦源包括按照光路依次设置的激光器、全反镜、半波片、偏振控制器以及光学准直缩束系统，所述全反镜与激光器发射的光束成45°夹角，所述光学准直缩束系统的输出泵浦光输入至泵浦光的输入端口。

上述非线性光学晶体为GaP晶体、ZGP晶体、GaSe晶体、GaAs晶体或DAST晶体。

上述空间光束准直及分束装置为离轴抛物面反射镜。

太赫兹波光学参量放大装置的参量放大方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】泵浦源输出竖直偏振的泵浦光和THz信号源输出水平偏振的信号光以共线的方式发送给THz波参量放大器：THz波信号源16输出的信号光和泵浦光输出的泵浦光的脉冲宽度相同；

所述THz波参量放大器包括按照光路依次设置的空间光束准直及分束装置和非线性光学晶体，空间光束准直及分束装置上设置有信号光输入端口和泵浦光的输入端口，非线性光学晶体上设置有THz波的输出端口，泵浦源发射的泵浦光入射至泵浦光的输入端口：THz波信号源发射的信号光入射至信号光输入端口，泵浦光和信号光经空间光束准直及分束装置整形合束形成合成光；

2】空间光束准直及分束装置输出合成光入射至非线性光学晶体，合成光产生二阶非线性作用，输出功率放大的THz波和闲频光。

还包括步骤3】反馈调节步骤：

THz波功率计通过THz波反射镜的采集反射的THz波进行功率计算，将计算结果发送给反馈电路，反馈电路根据计算结果向电路控制模块发送控制信号，控制信号控制第一旋转平台旋转调节非线性光学晶体旋转。

上述泵浦光的产生方法为：