專利名稱：使用單頻激光做非線性差頻而產生的單頻太赫茲源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太赫茲源，尤其是一種使用單頻激光做非線性差頻而產生的單頻太赫茲源。
背景技術：
眾所周知，太赫茲技術在國防，空間探索，醫(yī)療，科學研究等領域有廣泛應用潛力，最近十幾年，太赫茲技術成為一個研究熱點，其中對太赫茲源產生的研究又是重中之重，是推動太赫茲技術發(fā)展和廣泛應用的關鍵。產生太赫茲的方法有很多，主要分電子學方法和光學方法兩種，電子學的方法包 括基于高能加速器的THz輻射源，電子學振蕩器頻率轉換和利用自有電子的THz輻射源，電子學的方法一般比較復雜昂貴；光學方法包括光整流方法(optical rectification)，光學參量震蕩等，其中光學參量震蕩是基于光學參量效應的一種新技術。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種結構簡單，易于小型化，工作可靠，便于操作，相干性好，并且能夠實現單頻、寬帶、可調諧、可在室溫下穩(wěn)定運轉的使用單頻激光做非線性差頻而產生的單頻太赫茲源。本發(fā)明可以通過如下措施達到
一種使用單頻激光做非線性差頻而產生的單頻太赫茲源，包括單頻激光器I、單頻激光器II、激光合束器、非線性光學晶體和拋物球面鏡，其特征在于單頻激光器I和單頻激光器II兩束單頻激光束通過激光合束器在空間上疊加到一塊，合束后的激光束入射到非線性光學晶體上，通過非線性差頻產生的單頻太赫茲源通過一個拋物球面鏡的收集并轉化為平行波輸出。本發(fā)明中如果單頻激光器I、單頻激光器II是兩束脈沖激光，可以通過添加延時光路實現兩束脈沖激光在時間域上的重合疊加，再通過激光合束器在空間上疊加到一塊。本發(fā)明使用兩束頻率差在太赫茲頻域的單頻激光，在某種(比如磷鍺鋅，硒化鎵等)非線性光學晶體中作非線性差頻產生單頻太赫茲源，其波長可以通過調節(jié)單頻激光的波長來相應調節(jié)。本發(fā)明所述的單頻激光可以是連續(xù)型的，也可以是脈沖型的，而且單頻激光可以是多種實現形式的激光，比如單頻光纖激光器，單頻微片激光(microchip laser),單頻二極管泵浦固體激光器(DPSS)等等。所使用的單頻激光可以工作在多個波長范圍，比如1064nm，1550nm等，只須根據波長選取合適的非線性光學晶體即可，選取晶體的基本標準是單頻激光及產生的THz波在非線性晶體中傳輸損耗小同時晶體具備盡可能高的二階非線性系數和損傷閾值。在所選取的非線性晶體中，兩個光頻差在太赫茲頻域的入射光子(單頻激光器I，單頻激光器II)通過二階非線性混頻過程產生新的光場，三個光場需滿足能量守恒定律和相位匹配條件(動量守恒)CO1-CO2=CO3(―)
Ki -K-2 =(二)· ω1； ω2，(03分別是單頻激光I，單頻激光II和單頻太赫茲波的光子頻率；& ,K2分別是單頻激光I，單頻激光II和單頻太赫茲波的波動量。本發(fā)明所選用的非線性光學晶體有很多種，可以是塊狀晶體，比如硒化鎵(GaSe)，磷鍺鋅(ZGP)等，在這些塊狀晶體中，相位匹配條件是利用晶體的雙折射特性實現的。也可以是有周期性調制結構的晶體，比如周期性極化鈮酸鋰(PPLN)，磷酸鈦氧鉀(KTP)和準相位匹配(quasi-phase-matching)的砷化鎵(QPM-GaAs)等等,在這些晶體中，參與非線性混頻的光波易于實現準相位匹配(quasi-phase-matching),也可以利用到晶體較大的非線性系數，對光波的傳播方向和偏振態(tài)要求也沒有那么嚴格。本發(fā)明具有結構簡單，易于小型化，工作可靠，便于操作，相干性好，并且能夠實現單頻、寬帶、可調諧、可在室溫下穩(wěn)定運轉的全固態(tài)THz輻射源等優(yōu)點，在國防，空間探索，醫(yī)療，科學研究等領域有廣泛應用潛力。
圖I是本發(fā)明的一種結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。如圖所示，一種使用單頻激光做非線性差頻而產生的單頻太赫茲源，包括單頻激光器II、單頻激光器112、激光合束器3、非線性光學晶體4和拋物球面鏡5，上述各組成部分與現有技術相同，此不贅述，本發(fā)明的特征在于單頻激光器I和單頻激光器II兩束單頻激光束通過激光合束器在空間上疊加到一塊，合束后的激光束入射到非線性光學晶體上，兩個不同頻率的入射光子在非線性光學晶體中通過二階非線性混頻過程產生新的光場，三個光場滿足能量守恒定律(公式一)和相位匹配條件(公式二)，通過選擇兩個單頻激光器的頻率差使產生的新的光場頻率處于太赫茲波段，由上述非線性差頻過程產生的單頻太赫茲源通過一個拋物球面鏡的收集并轉化為平行波輸出。本發(fā)明中如果單頻激光器I、單頻激光器II是兩束脈沖激光，可以通過添加延時光路實現兩束脈沖激光在時間域上的重合疊加，再通過激光合束器在空間上疊加到一塊。本發(fā)明使用兩束光頻差在太赫茲頻域的單頻激光，在某種(比如砷化鎵，硒化鎵等)非線性光學晶體中作非線性差頻產生的單頻太赫茲源，其波長可以通過調節(jié)單頻激光的波長來相應調節(jié)。本發(fā)明所述的單頻激光可以是連續(xù)型的，也可以是脈沖型的，而且單頻激光可以是多種實現形式的激光，比如單頻光纖激光器，單頻微片激光(microchip laser),單頻二極管泵浦固體激光器(DPSS)等等。所使用的單頻激光可以工作在多個波長范圍，比如1064nm，1550nm等，只須根據波長選取合適的非線性光學晶體即可，選取晶體的基本標準是單頻激光及產生的THz波在非線性晶體中傳輸損耗小同時晶體具備盡可能高的二階非線性系數和損傷閾值。在所選取的非線性晶體中，兩個光頻差在太赫茲頻域的入射光子(單頻激光器I，單頻激光器II)通過二階非線性混頻過程產生新的光場，三個光場需滿足能量守恒定律和相位匹配條件(動量守恒)。本發(fā)明所選用的非線性光學晶體有很多種，可以是塊狀晶體，比如硒化鎵(GaSe)，磷鍺鋅(ZGP)等，在這些塊狀晶體中，相位匹配條件是利用晶體的雙折射特性實現的；也可以是有周期性調制結構的晶體，比如周期性極化鈮酸鋰(PPLN)，磷酸鈦氧鉀(KTP)等等，在這些晶體中，參與非線性混頻的光波易于實現準相位調制(q uasi-phase-matching),也可以利用到晶體較大的非線性系數，對光波的傳播方向和偏振態(tài)要求也沒有那么嚴格。本發(fā)明具有結構簡單，易于小型化，工作可靠，便于操作，相干性好，并且能夠實現單頻、寬帶、可調諧、可在室溫下穩(wěn)定運轉的全固態(tài)THz輻射源等優(yōu)點，在國防，空間探索，醫(yī)療，科學研究等領域有廣泛應用潛力。
權利要求
1.一種使用單頻激光做非線性差頻而產生的單頻太赫茲源，包括單頻激光器I、單頻激光器II、激光合束器、非線性光學晶體和拋物球面鏡，其特征在于單頻激光器I和單頻激光器II兩束單頻激光束通過激光合束器在空間上疊加到一塊，合束后的激光束入射到非線性光學晶體上，通過非線性差頻產生的單頻太赫茲源通過一個拋物球面鏡的收集并轉化為平行波輸出。
2.根據權利要求I所述的一種使用單頻激光做非線性差頻而產生的單頻太赫茲源，其特征在于單頻激光器I、單頻激光器II是兩束脈沖激光時，通過添加延時光路實現兩束脈沖激光在時間域上的重合疊加，再通過激光合束器在空間上疊加到一塊。
3.根據權利要求I所述的一種使用單頻激光做非線性差頻而產生的單頻太赫茲源，其特征在于所使用的單頻激光是單頻光纖激光器、單頻微片激光(microchip laser)或單頻二極管泵浦固體激光器(DPSS )。
4.根據權利要求I所述的一種使用單頻激光做非線性差頻而產生的單頻太赫茲源，其 特征在于使用兩束光頻差在太赫茲頻域的單頻激光，在磷鍺鋅和硒化鎵非線性光學晶體中作非線性差頻產生單頻太赫茲源，其波長可以通過調節(jié)單頻激光的波長來相應調節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太赫茲源，尤其是一種使用單頻激光做非線性差頻而產生的單頻太赫茲源，包括單頻激光器I、單頻激光器II、激光合束器、非線性光學晶體和拋物球面鏡，其特征在于單頻激光器I和單頻激光器II兩束單頻激光束通過激光合束器在空間上疊加到一塊，合束后的激光束入射到非線性光學晶體上，通過非線性差頻產生的單頻太赫茲源通過一個拋物球面鏡的收集并轉化為平行波輸出，本發(fā)明具有結構簡單，易于小型化，工作可靠，便于操作，相干性好，并且能夠實現單頻、寬帶、可調諧、可在室溫下穩(wěn)定運轉的全固態(tài)THz輻射源等優(yōu)點，在國防，空間探索，醫(yī)療，科學研究等領域有廣泛應用潛力。
文檔編號G02F1/37GK102929071SQ201210466409
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權日2012年11月19日
發(fā)明者史偉, 房強 申請人:山東海富光子科技股份有限公司