[发明专利]一种光子晶体光纤、THz波参量振荡产生系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学太赫兹辐射技术，具体涉及一种基于八角光子晶体光纤的皮秒太赫兹波参量振荡产生方法及其装置。

背景技术

太赫兹(THz)辐射通常指的是从0.1～10THz的电磁波，其波段在微波和远红外之间。在电磁光谱上，THz波段两侧的红外和微波辐射技术已经非常成熟，但是THz技术却和邻近波段上的这些成熟技术很不相称。从THz辐射研究的历史上看，早期人们对THz辐射研究的兴趣主要是来源于大气对THz波的强吸收，因此THz光谱技术主要是被化学家和天文学家用于研究一些简单分子的转动和振动的光谱性质以及热发射线。这些早期的简单应用，主要是由于人们很容易认识和观察到THz波所具有的非常鲜明且独特的性质，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。

在过去的20年中，THz技术已经发生了深刻的变革，应用范围得到了更广泛的扩展。随着新的材料技术提供了新的更高功率的发射源以及更加灵敏的探测技术的应用，THz技术在更加深入的物理研究以及实际应用中有了很大的发展，尤其是和半导体、制药、加工、空间以及国防工业密切关联起来。近来的一些新的进展更加扩展了THz技术的应用前景。这些新的进展包括半导体材料、高温超导材料的性质研究、断层成像技术、无标记的基因检查、细胞水平的成像、化学和生物的检测、量子级联THz激光，利用THz波检测飞摩尔含量的

DNA的单碱基对的差异以及对多粒子电荷与THz光谱相互作用的研究。

总之，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。而THz辐射源研究又是THz科学技术发展和应用的重要环节。因此，如何有效的产生高功率(高能量)、高效率且能在室温下稳定运转、宽带可调谐的小型化和实用化THz辐射源，已经成为THz技术与应用领域研究及发展的关键问题。

光学THz辐射源技术是目前解决这一关键问题的主要途径和重要趋势。目前利用光学产生THz波技术主要采用光电导开关、光整流、光学差频等几种方法。一、光电导方法就是在光电导半导体材料表面淀积金属制成偶极天线电极结构，用光子能量大于半导体禁带宽度的超短脉冲激光照射半导体材料，使半导体材料中产生电子-空穴对，在外加偏置电场中产生载流子的瞬态输运，这种真实、随时间变化的瞬态光电流的变化，便会发射THz电磁辐射。二、光整流效应是利用飞秒激光脉冲和非线性介质(如ZnTe)相互作用而产生低频电极化场，此电极化场在晶体表面辐射出THz电磁波。三、光学差频产生THz波是两束连续波在非线性晶体中差频(ω_THz＝ω_泵浦光-ω_信号光)产生相干的THz辐射。目前，光学产生THz波技术的方法，存在输出光束质量差，产生的THz波多是从晶体侧面输出，难以收集和利用，输出功率低，转换效率低的缺点。

发明内容

为了解决现有的光学产生THz波的方法光束质量差，功率低、效率低、不能实现在室温下运转的技术问题，本发明提供一种基于八角光子晶体光纤的THz波参量振荡产生方法及其装置，以解决现有光生THz波辐射功率低、设备结构复杂、成本较高且稳定性较差的技术问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种八角光子晶体光纤，其特殊之处在于：包括外包层、设置在外包层内的内包层、设置在内包层内的夹层以及设置在夹层内的纤芯，所述内包层包括多个圆周均布的聚四氟乙烯管，所述夹层为聚乙烯管，所述纤芯为八角结构。

上述聚四氟乙烯管的管径为0.8mm，所述纤芯包括八层空气环，每层空气环由多个紧凑排列成八角形状空气孔构成，靠近夹层的为最外层，最外层的空气环的空气孔直径为d2＝0.52μm，最内层空气环的空气孔直径为d1＝0.24μm，相近空气环之间的间距为Λ1＝0.85μm，同一空气环中的空气孔之间的间距为Λ2，Λ2＝0.765Λ1。

基于八角光子晶体光纤的THz波产生系统，其特殊之处在于：包括泵浦源、光参量振荡器的谐振腔、八角光子晶体光纤以及光谱仪，所述光参量振荡器的谐振腔包括第一平面镜M以及第二平面镜M′，所述八角光子晶体光纤设置在一平面镜M以及第二平面镜M′之间，所述泵浦源的泵浦光入射在第一平面镜(M)上，所述第二平面镜通过光谱仪输出THz波，