[发明专利]种子注入式表面垂直发射太赫兹参量产生器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种种子注入式表面垂直发射太赫兹参量产生器及其应用，属于太赫兹源的技术领域。

背景技术

受激激子散射是一种产生太赫兹辐射的重要技术，通过某些晶体的受激激子散射可以获得可见，近红外，以及太赫兹波段的连续可调谐激光。与其他技术的太赫兹源，如光整流、量子级联激光器、以及电学的太赫兹源相比，这种基于受激激子散射的太赫兹参量源具有可封装集成、室温工作、使用方便、便于调谐、线宽窄等优点。太赫兹参量源一直是太赫兹产生领域的研究热点之一。现国内外已经有大量关于太赫兹参量源的报道，他们主要利用的晶体LiNbO₃或者MgO:LiNbO₃作为非线性转换的工作介质，这些参量源的耦合方式一般都是光栅耦合、硅棱镜、硅棱镜阵列耦合以及单点的垂直表面发射的耦合方式，并基于振荡器产生能量较高的太赫兹波的输出。这种基于振荡器的太赫兹参量源的泵浦源的光斑尺寸受到参量振荡器的限制，并且参与参量过程的三波的脉冲在时间不同步，从而限制了高能量太赫兹波的产生。因此能否通过对实验装置的改进以获得大能量太赫兹波的输出，成为本领域所亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种种子注入式表面垂直发射太赫兹参量产生器，该产生器克服现有技术产生的太赫兹波能量较低的缺点，通过对实验装置的合理设计，以获得大能量的太赫兹波束，大大提高了太赫兹波转化效率，使得转化效率提高2-4倍。

本发明还公开了上述太赫兹产生器的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种种子注入式表面垂直发射太赫兹参量产生器包括激光泵浦系统、种子光系统和非线性晶体，由激光泵浦系统产生的泵浦脉冲激光和种子光系统产生的种子脉冲光以一定的夹角经过非线性晶体，所述非线性晶体的拉曼与红外活性振动模，产生受激激子散射，产生非线性参量过程：获得0.6-3.0THz的太赫兹波。在非线性晶体尺寸允许下，增大泵浦脉冲激光和种子脉冲光的光斑尺寸，调节泵浦脉冲激光和种子脉冲光脉冲延时，以获得最大的太赫兹能量输出。本发明所述的太赫兹参量产生器的太赫兹参量源在非线性晶体侧面的垂直或者近于垂直耦合输出。

根据本发明优选的，所述非线性晶体的两端面均镀有1000nm－1100nm波长的增透膜。切割角度如图1中10所示，本发明中的所有非线性晶体的尺寸可以根据具体要求进行选取。

根据本发明优选的，所述激光泵浦系统产生的泵浦脉冲激光和种子光系统产生的种子脉冲光之间的夹角的夹角范围为0.5-3.0°，以获得调谐范围为0.6-3.0THz。

根据本发明优选的，所述激光泵浦系统产生的泵浦脉冲激光通过改变其到达非线性晶体的光程使其和种子光系统产生的种子脉冲光在时间上同步。

根据本发明优选的，所述激光泵浦系统为闪光灯泵浦低重频的1-100Hz的激光系统；所述激光泵浦系统的泵浦功率密度≥20MW/cm²，输出波长为1064nm。

根据本发明优选的，所述的种子光系统产生的种子脉冲光，输出波长为1066nm-1080nm,重复频率是1-100Hz。

一种种子注入式表面垂直发射太赫兹参量产生器的工作方法如下：

激光泵浦系统产生的泵浦脉冲激光和种子光系统产生的种子脉冲光以一定的夹角进入所述非线性晶体中，与非线性晶体中同时具有拉曼与红外活性的晶体振动模相互作用，产生受激激子散射，种子脉冲光增强，同时产生太赫兹辐射波，改变泵浦脉冲激光到达非线性晶体的光程以获得泵浦脉冲激光和种子脉冲光在时间上的同步。获得大能量的太赫兹在Stokes激光发生全反射位置的垂直耦合出射。

本发明的优势在于：

本发明所述的一种种子注入式表面垂直发射太赫兹参量产生器，使用了一种新型实验装置的设计，在非线性晶体的尺寸允许下，泵浦光和种子光的光斑尺寸可以任意大，并且可以调节泵浦光到达非线性晶体的光程，使得泵浦光脉冲和种子光脉冲在时间上同步以提高太赫兹输出能量。

附图说明

图1为本发明的种子注入式表面垂直发射太赫兹参量产生器的光路结构示意图。

图2为是本发明的灯泵外腔脉冲式泵浦光和TPO产生的脉冲式种子光泵浦MgO:LiNbO₃晶体，种子注入式表面垂直发射太赫兹参量源的光路结构示意图。