[发明专利]一种太赫兹波参量源选频及频率调谐方法及其装置

说明书

本发明提出了一种太赫兹波参量源选频及频率调谐方法及其装置；两束相互交叉的泵浦光激发同时具有红外活性和拉曼活性的非线性晶体中的横向光学声子模，产生受激电磁耦子散射（SPS），利用交叉泵浦来限定SPS的相位匹配关系，实现Stokes光及相对应的THz波的选频，通过连续改变两束泵浦光的交叉角度，实现相干窄带Stokes光和THz波的频率的连续调谐；实现交叉泵浦的一种方案为：利用泵浦光掠入射非线性晶体侧面并发生全反射，入射泵浦光与反射泵浦光构成交叉泵浦形式，通过旋转非线性晶体，改变泵浦光对晶体侧面的入射角及全反射角，实现相位匹配关系的改变；其有益效果是：本发明不需要单独的Stokes光种子源，而且能够在亚ns激光泵浦情况下使用，具有结构简单、操作方便、经济成本低、产生THz波效率较高等优势。

技术领域

本发明涉及可调谐激光源技术领域，特别是指一种太赫兹波参量源选频及频率调谐方法及其装置。

背景技术

太赫兹 (THz) 波是指频率范围为0.1-10 THz，波长范围为30-3000μm的电磁波。THz波介于红外线与微波之间，具有许多其它波段不具备的一系列特殊性质，其中最引人注目的是非极性分子的穿透性和指纹光谱识别特性，由此产生了THz波最重要的两方面应用：THz穿透成像及THz波谱测量。THz波在许多基础和应用研究领域如生物医学、无损检测、环境监测、安全检查及反恐等方面都展现出重大科研价值和应用前景，其中，高功率、窄线宽、宽带可调谐的THz波源是研究的重点方向和推动THz波无损检测等技术应用的关键。

基于受激电磁耦子散射（Stimulated Polariton Scattering, SPS）的THz波参量源能产生高功率、窄线宽、宽带连续可调谐的相干THz波，并具有频率调谐方式简便、室温工作、结构紧凑易于集成、晶体和泵浦源技术成熟等优点，尤其是结合基于参量下转换原理的探测技术，可以在一个泵浦系统下集成THz波源和高灵敏THz波探测装置，形成THz波谱测量系统，能够在大约1-3THz范围内提供10⁷以上的测量动态范围，其无需傅里叶变换的直接探测方式具有较强的抗干扰能力，综上，参量THz波技术具有广泛的应用前景和重要的研究价值。

研究表明，采用亚ns的窄脉冲宽度激光泵浦时，可有效抑制参量THz波源中的受激布里渊散射（SBS）过程的建立，相比于ns脉冲宽度的激光泵浦，THz波的产生效率可提升数十倍，并且短脉冲激光泵浦还能提高晶体损伤阈值，从而可提高泵浦功率密度。

SPS提供宽带拉曼增益，利用相位匹配原理，通过特定手段可实现THz波参量源的频率选择与频率调谐，实现窄带THz波连续可调谐输出，目前，实现太赫兹波参量源的选频和频率调谐主要通过以下两种方式实现：

1.THz波参量振荡器，利用附加Stokes光（6）谐振腔的方式，构建THz波参量振荡器（TPO）,只让符合特定相位匹配光的Stokes光（6）振荡放大，实现THz波的选频，通过调节谐振腔与泵浦光之间的夹角，调整相位匹配条件，实现THz波的频率调谐。

2.种子注入THz波参量发生器，利用窄带Stokes光（6）源作为种子源，构建种子注入太赫兹波参量发生器器（is-TPG），实现THz波的选频，通过改变种子源的波长及光束与泵浦光的夹角，实现太赫兹波的频率调谐。

虽然TPO结构简单，效率较高，但频率调谐需要机械地调整谐振腔与泵浦光之间的夹角，即使后来发展了基于光学扫描镜的自动控制调谐方式，仍然存在调谐速度慢、系统稳定性差、THz波线宽较宽等问题，TPO中Stokes光（6）谐振腔长度一般为十几厘米，需要一定的泵浦脉冲持续时间来让Stokes光（6）在谐振腔内来回震荡以得到充分放大，所以，TPO只能适用于较长泵浦脉冲情况下，比如几纳秒，而不能应用于亚纳秒的脉冲激光泵浦，ns激光泵浦会带来SBS对SPS的抑制作用，制约THz波的产生效率。