寬帶太赫茲光產生器的製作方法

2023-04-23 13:52:26 1

專利名稱：寬帶太赫茲光產生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及超快光學技術方面，其技術核心是用雷射腔內光學非線性轉換技術產生太赫茲雷射。
背景技術：
遠紅外或者太赫茲光譜區由於其獨特的光學特性近十幾年吸引了人們越來越多的注意力。到目前為止，對太赫茲光學應用研究已經遍及物理、化學、材料、生物醫學、國防、環境檢測等領域，預示著太赫茲光學巨大的發展潛力和應用價值，對科學研究、國民經濟和社會發展的推動作用均不可低估。在諸多的太赫茲光學技術中，寬帶太赫茲時間域光譜技術(THz-TDS)(如圖1所示)是其中較為重要和常用的技術之一。基於非線性光學整流並輔之以BALANCED測量技術，使得THz-TDS具有簡單、可靠和相對廉價的特點。其典型的結構包括一套飛秒雷射源和一對經特殊設計的太赫茲發射和測量裝置。目前用於產生太赫茲光波的雷射源常見為飛秒雷射器振蕩器或飛秒雷射啁啾脈衝放大系統。這兩種方法均在雷射腔外產生太赫茲雷射。飛秒雷射器振蕩器作為THz-TDS的泵浦和探測光，其高脈衝重複頻率(一般亞100MHz級)有利於在用鎖相放大技術檢測時得到高的信噪比。然而，低的脈衝功率導致太赫茲光低的非線性轉換效率，從另一途徑降低了系統的信噪比。飛秒雷射再生放大系統可以大幅度提高輸出雷射脈衝功率，但其輸出脈衝重複率(一般1kHz級)也相對低得多，同時增大了整個系統的運行成本。

發明內容
本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種寬帶太赫茲光產生器，該發生器利用非線性光學整流原理將太赫茲雷射產生器置於雷射腔內的一個束腰處，有效地提高太赫茲雷射轉換效率，解決了現有技術中存在的問題。
本發明目的實現由以下技術方案完成一種寬帶太赫茲光產生器，包括超短脈衝雷射振蕩器、太赫茲雷射產生器，其特徵在於所述的太赫茲雷射產生器位於超短脈衝雷射振蕩器內。
所述的太赫茲雷射產生器位於超短脈衝雷射振蕩器內的一個束腰處。
所述的太赫茲雷射產生器相對於雷射振蕩器內的超短脈衝雷射以布魯斯特角放置。
本發明的優點是，由於是將產生太赫茲雷射晶體置於腔內，充分利用雷射腔內高光強的特性，從而有效地提高太赫茲雷射轉換效率；由於利用雷射振蕩器作為泵浦源，利用非線性光學整流產生的太赫茲雷射具有寬光譜、可調諧特性；雷射振蕩器作為泵浦源還有一個優點是重複率高，有利於用鎖相測量；結構簡單緊湊、調整方便、成本低。


附圖1自由空間時間域寬帶太赫茲電光取樣光譜儀；附圖2本發明結構示意圖；附圖3a本發明實施例應用自由空間時間域寬帶太赫茲電光取樣光譜儀結構示意圖；附圖3b本發明實施例應用自由空間時間域寬帶太赫茲電光取樣光譜儀結構示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖通過實施例對本發明特徵及其它相關特徵作進一步詳細說明，以便於同行業技術人員的理解如圖1、2、3a、3b所示，圖中符號介紹如下如圖1，L1～5為透鏡，P1、P2為偏振器，M1～9為45°平面反射鏡，BS1～3為分束器，PM1～4為90°離軸拋物面鏡，TiS為摻鈦藍寶石，TC為太赫茲晶體，OE為太赫茲檢測晶體，D1、D2接收器，S為樣品，NA為中性衰減片。
如圖2，L為透鏡，P1、P2為布儒斯特稜鏡，CR1、CR2、CR3和CR4為凹面反射鏡，PM為90°離軸拋物面鏡，TiS為摻鈦藍寶石，TC為太赫茲晶體，HR為0°平面高反鏡。
如圖3a、3b，L為透鏡，P1、P2為布儒斯特稜鏡，CR1、CR2、CR3和CR4為凹面反射鏡，PM為90°離軸拋物面鏡，TiS為摻鈦藍寶石，TC為太赫茲晶體，C為相位補償器，M1～6為45°高反射鏡，P為偏振器，D1、D2接收器，S為樣品，HR為0°平面高反鏡。
本實施例用連續綠光泵浦雷射增益介質鈦寶石雷射晶體。其雷射諧振腔由一片平面高反鏡HR，四片凹面反射鏡CR1～CR4組成光學諧振腔。稜鏡對P1、P2用於色散補償。該雷射器產生飛秒光脈衝輸出。其相應的腔內光功率接近於腔外功率的50倍。通過適當的光學設計，使諧振腔內存在一個小尺寸的束腰(在圖中CR3和CR4之間)，並將產生太赫茲光波的晶體TC以布魯斯特角置於該束腰處，從而大大提高太赫茲光波的轉換效率。由於所產生的太赫茲光波長是其泵浦光的500倍左右，所以其發散角也人於泵浦光。將高反凹面鏡CR4設計成小口徑，讓它既能擋住泵浦光，又能讓儘可能多的太赫茲光波從其邊緣溢出。溢出的太赫茲光波用一90°離軸拋物面鏡收集。由於太赫茲雷射的發散性遠大於泵浦雷射，很容易通過空間耦合的方式收集到所產生的太赫茲雷射。
如圖3a、3b，將本實施例應用在兩種自由空間時間域寬帶太赫茲電光取樣光譜儀中的結構示意圖。圖中利用本實施例取代圖1中的腔外非線性光學整流過程，產生的寬帶太赫茲雷射經二塊90°離軸拋物面鏡後聚焦在另一電光晶體上，從CR2漏出的超短脈衝雷射作為探測光經一時間延遲線與寬帶太赫茲光一起會聚在電光取樣晶體上。然後探測光經一片相位補償器和偏振分束器被一BALANCED探測器接收，其輸出信號經一鎖相放大器後輸送到PC機處理。待測樣品放在兩90°離軸拋物面鏡間。該裝置可用於材料科學、醫學、環境檢測、大氣傳感等領域的研究。
利用本實施例還可用於太赫茲光成像許多泵浦探針實驗。寬帶太赫茲雷射經四塊90°離軸拋物面鏡後聚焦在另一電光晶體上，從CR2漏出的超短脈衝雷射作為探測光經一時間延遲線與寬帶太赫茲光一起會聚在電光取樣晶體上，從而達到電光取樣的目的。該裝置的特點是在太赫茲光在第二和第三塊90°離軸拋物面鏡有一聚焦點，故還可用於太赫茲光掃描成像、太赫茲泵浦-探針方面的研究。
權利要求
1.一種寬帶太赫茲光產生器，包括超短脈衝雷射振蕩器、太赫茲雷射產生器，其特徵在於所述的太赫茲雷射產生器位於超短脈衝雷射振蕩器內。
2.根據權利要求1所述的一種寬帶太赫茲光產生器，其特徵在於所述的太赫茲雷射產生器位於超短脈衝雷射振蕩器內的一個束腰處。
3.根據權利要求2所述的一種寬帶太赫茲光產生器，其特徵在於所述的太赫茲雷射產生器相對於雷射振蕩器內的超短脈衝雷射以布魯斯特角放置。
全文摘要
本發明涉及超快光學技術方面，其技術核心是用雷射腔內光學非線性轉換技術產生太赫茲雷射，該發生器利用非線性光學整流原理將太赫茲雷射產生器置於雷射腔內的一個束腰處，有效地提高太赫茲雷射轉換效率，由於利用雷射振蕩器作為泵浦源，利用非線性光學整流產生的太赫茲雷射具有寬光譜、可調諧特性，且重複率高，有利於用鎖相測量，結構簡單緊湊、調整方便、成本低。
文檔編號H01S3/00GK1988298SQ200610116810
公開日2007年6月27日 申請日期2006年9月29日 優先權日2006年9月29日
發明者徐世祥, 彭灩, 蔡華, 董華芳, 曾和平 申請人:華東師範大學