[发明专利]基于单块铌酸锂晶体的高功率THz发生器

说明书

技术领域

本发明涉及超快太赫兹技术领域。特别涉及一种基于单块铌酸锂晶体的高功率THz发生器。

技术背景

太赫兹波（THz，1THz=10¹²Hz）通常是指频率在0.1THz-10THz范围内的电磁波，在电磁波谱上介于远红外光波与微波之间。相比与其他波段的电磁波，THz波有其独特的优势：宇宙背景辐射、许多有机大分子，特别是生物大分子的转动能级以及振动能级位于THz波段。超快THz脉冲因其瞬态性、宽带性、相干性、低能性等优点，在成像、无损探测、安检、物化分析等领域展现了良好的应用前景[1-3]。从实用化角度看，一台结构紧凑，稳定性好的高功率THz波辐射源是首要需求。

产生THz波的方法主要分为电子学方法和光学方法两大类。近年来，随着飞秒泵浦源输出功率的提高，基于光学整流[4]、光电导天线[5]、空气等离子[6]等光学方法的超快宽带THz波辐射源的输出功率已经得到大幅度的提高。Blanchard等人[7]使用钛宝石飞秒激光放大系统抽运大孔径ZnTe晶体，得到了重复频率100Hz，单脉冲能量高达1.5μJ的THz脉冲输出；J.A.等人[8]利用钛宝石飞秒激光放大系统抽运LiNbO₃晶体，并结合波面倾斜技术[9],[10]，在10Hz重复频率下，获得THz单脉冲能量高达125μJ。然而，基于钛宝石飞秒激光放大系统的超快THz源以其复杂和庞大很难走出实验室；此外该类THz源的低重复率特性也限制了其在某些方面的实际应用。随着高功率光纤激光器的出现，一些高重复频率的宽带THz源也相继出现：M.C.Hoffmann等人[11]基于波面倾斜技术，使用重复频率1MHz的掺镱光纤放大器抽运LiNbO₃晶体，输出THz脉冲平均功率高达0.25mW；我们实验室[12]使用光子晶体光纤放大系统抽运GaP晶体，在更高的42MHz重复频率条件下，得到了0.3mW的宽带THz波输出。

采用高平均功率的光纤飞秒激光作为激发源，能产生百微瓦量级的THz波，但是系统的总体效率仍然很低。因此设法提高光学整流法中THz波的产生效率是关键。

参考文献：

1Tonouchi M.Cutting-edge terahertz technology,Nature Photon,2007,1:97～105.

2Ferguson B,Zhang X C.Materials for terahertz science and technology,Nature Materials.2002,1:26～33.

3Lang L Y,Xing Q R,Li S X,et al.Experiment study on terahertz radiation,Chin Opt Lett,2004,2(11):677～679.

4Nahat A,Heinz T F.Generation of subpicosecond electrical pulses by optical rectification,Opt Lett,1998,23(11):867～869.

5Ropagnol X,Morandotti R,Ozaki T,et al.Toward High-Power Terahertz Emitters Using Large Aperture ZnSe Photoconductive Antennas,IEEE Photon J,2011,3(2):174～186.

6Thomson M D,Kre M,T,et al.Broadband THz emission from gas plasmas induced by femtosecond optical pulses:From fundamentals to applications,Laser&Photon Rev,2007,1(4):349～368.

7Blanchard F,Razzari L,Bandulet H-C,et al.Generation of1.5μJ single-cycle terahertz pulses by optical rectification from a large aperture ZnTe crystal,Opt Express,2007,15(20):13212～13220.