基于罗兰圆的快速调谐太赫兹参量振荡辐射源装置及方法制造方法及图纸

一种基于罗兰圆的快速调谐太赫兹参量振荡辐射源装置及方法，有激光器和接收激光器出射光的由聚焦凸透镜和聚焦凹透镜组成的聚焦透镜组；掺氧化镁铌酸锂晶体；第一泵浦光高反镜和第二泵浦光高反镜；位于第二泵浦光高反镜和可旋转电控振镜的反射光路上的第一环形腔腔镜；位于通过掺氧化镁铌酸锂晶体的泵浦光反射光路和掺氧化镁铌酸锂晶体的Stokes光出射光路上的第三环形腔腔镜；位于第三环形腔腔镜的反射光路上的第二环形腔腔镜；位于第二环形腔腔镜的反射光路上的可旋转电控振镜；用于接收第二环形腔腔镜的透射光的激光接收器；用于控制可旋转电控振镜上电压的计算机。本发明专利技术可实现太赫兹波的频率快速调谐，可实现THz波高功率稳定输出。

【技术实现步骤摘要】
基于罗兰圆的快速调谐太赫兹参量振荡辐射源装置及方法
本专利技术涉及一种太赫兹参量振荡辐射源。特别是涉及一种基于罗兰圆的快速调谐太赫兹参量振荡辐射源装置及方法。
技术介绍
太赫兹(Terahertz，简称THz，1THz＝1012Hz)辐射源是THz领域科技发展的关键核心技术，它是指频率从100GHz到10THz，相应的波长从3毫米到30微米，介于毫米波与红外光之间频谱范围相当宽的电磁波谱区域。由于其在电磁波谱中所处的特殊位置，具有一系列特殊的性质。特别是可快速调谐、高功率、窄线宽的THz相干辐射源在材料科学、固体物理、分子分析、大气探索、生命科学、化学气体追踪、材料测试、食品检测等国民和国防安全等领域具有广泛的应用价值。基于受激电磁耦子散射的太赫兹参量振荡(TerahertzParametricGeneration/TerahertzParametricOscillator，简称TPG/TPO)技术是获得相干可调谐THz辐射源的主要方法之一。TPO的原理是基于铁电晶体的受激拉曼极化声子散射机理，当泵浦足够强时，入射的近红外的泵浦光子与晶体中同时具有红外和拉曼活性的A1对称最低光学软模发生作用，激发出一个频率相近的近红外Stokes光子，同时产生受激电磁耦子，导致THz波的产生。目前多采用外腔泵浦TPO/TPG和种子注入技术，只需要一个固定波长的泵浦光，在非线性相位匹配条件下，通过改变泵浦光与Stokes光的角度，则可以实现THz波的可调谐输出。常采用的调谐方式包括改变泵浦光的入射角度和旋转Stokes光谐振腔两种方式。当固定Stokes光谐振腔，改变泵浦光的入射角度时，可以实现太赫兹波输出频率的快速调谐，但入射光入射到非线性晶体中的位置会发生一定的变化，这就导致泵浦光与Stokes光在非线性晶体中的互作用位置发生改变，从而影响了THz波的输出功率和转换效率，并且对THz波的收集探测产生一定的影响。当固定泵浦光的入射方向，改变Stokes整个谐振腔的角度实现调谐时，由于需要同时旋转Stokes光谐振腔镜和铌酸锂晶体，这就需要整个平台旋转移动，调谐速度较慢，难以满足实际应用的需要。为了提高THz波的输出功率与光束质量，采用THz波垂直铌酸锂晶体表面发射腔结构可以有效的减少铌酸锂晶体对产生THz波的吸收，但该方案采用旋转整个Stokes谐振腔实现调谐，未能同时满足高功率输出(能够实现室温探测)与频率快速调谐的需求，存在着耦合泵浦难度大、调谐速度慢等缺点，制约了其在科研领域、国防安全的实际应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够实现快速连续调谐的高功率THz波输出，并能够在室温下稳定运转，实现室温探测的基于罗兰圆的快速调谐太赫兹参量振荡辐射源装置及方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于罗兰圆的快速可调谐太赫兹参量振荡辐射源装置，包括有激光器和接收激光器出射光的由聚焦凸透镜和聚焦凹透镜组成的聚焦透镜组，还设置有：掺氧化镁铌酸锂晶体，为等腰梯形结构，用于输出不同频率的太赫兹波；第一泵浦光高反镜和第二泵浦光高反镜，依次设置在所述聚焦透镜组的出射光路上，用于将聚焦透镜组输出的泵浦光送入到掺氧化镁铌酸锂晶体内；环形腔参量振荡器，用于使掺氧化镁铌酸锂晶体输出不同频率的太赫兹波，包括有依次设置并与所述的掺氧化镁铌酸锂晶体共同形成环形光路的第一环形腔腔镜、可旋转电控振镜、第二环形腔腔镜和第三环形腔腔镜，其中，所述的第一环形腔腔镜位于第二泵浦光高反镜和可旋转电控振镜的反射光路上，所述的第三环形腔腔镜位于通过掺氧化镁铌酸锂晶体的泵浦光反射光路和掺氧化镁铌酸锂晶体的Stokes光出射光路上，所述的第二环形腔腔镜位于第三环形腔腔镜的反射光路上，所述的可旋转电控振镜位于第二环形腔腔镜的反射光路上；激光接收器，设置在环形腔参量振荡器中第二环形腔腔镜的出射光路上，用于接收第二环形腔腔镜的透射光；计算机，通过数据采集卡连接环形腔参量振荡器中的可旋转电控振镜，用于控制可旋转电控振镜上的电压，达到改变可旋转电控振镜的旋转角度，从而使掺氧化镁铌酸锂晶体输出不同频率的太赫兹波。所述的激光器为掺钕钇铝石榴石Nd:YAG调Q激光器，输出波长为1064nm，脉宽为ns量级，偏振态为沿z轴方向偏振的线偏振光。所述的第一泵浦光高反镜和第二泵浦光高反镜均镀1064nm高反膜。所述的掺氧化镁铌酸锂晶体的分子式为MgO:LiNbO3或MgO:LN，产生的太赫兹波由垂直于掺氧化镁铌酸锂晶体表面的方向输出，所述的环形腔参量振荡器满足罗兰圆结构，即光线在掺氧化镁铌酸锂晶体中的交叉点相对于第一环形腔腔镜、第二环形腔腔镜和第三环形腔腔镜的镜像点都位于圆周上，所述可旋转电控振镜位于圆的切线位置。所述的激光接收器为1064nm激光接收器。所述的第一环形腔腔镜和第二环形腔腔镜均是分别镀1064nm高透膜和1067-1076nm高反膜，所述的可旋转电控振镜和第三环形腔腔镜均是镀1064-1076nm高反膜。所述等腰梯形结构的掺氧化镁铌酸锂晶体的两个等腰面的延长线与底面的夹角为65°，所述的掺氧化镁铌酸锂晶体的掺杂浓度为5mol％。入射到掺氧化镁铌酸锂晶体的泵浦光是沿垂直于等腰梯形结构的掺氧化镁铌酸锂晶体的等腰面的方向通光。所述掺氧化镁铌酸锂晶体的通光面和太赫兹波的出射面均为光学抛光面，所述掺氧化镁铌酸锂晶体的晶轴方向平行于泵浦光的偏振方向。一种用于基于罗兰圆的快速可调谐太赫兹参量振荡辐射源装置的方法，是借助于基于罗兰圆的快速调谐太赫兹辐射源实现，包括以下过程：采用Nd:YAG调Q激光器产生偏振方向沿z轴方向的1064nm线偏振光，经过聚焦透镜组缩束，经泵浦光高反镜反射到环形腔参量振荡器中，并通过泵浦光高反镜反射调整环形腔参量振荡器和入射光角度使得泵浦光垂直于梯形掺氧化镁铌酸锂晶体的等腰面入射，由掺氧化镁铌酸锂晶体产生Stokes光，Stokes光经过由三个环形腔腔镜和一个可旋转电控振镜构成的环形回路，在环形腔参量振荡器中谐振；泵浦光和Stokes光在掺氧化镁铌酸锂晶体表面发生全反射，太赫兹波则垂直掺氧化镁铌酸锂晶体表面输出；当改变可旋转电控振镜上的电压时，可旋转电控振镜转动一个微小角度，由于采用罗兰圆结构，环形腔参量振荡器中不同方向的Stokes光起振，得到的光与泵浦光的夹角不同，从而产生不同频率的太赫兹波，是通过计算机调节控制可旋转电控振镜上的电压，改变Stokes光的振荡频率，从而实现高功率、快速可连续调谐的太赫兹波输出。本专利技术的基于罗兰圆的快速调谐太赫兹参量振荡辐射源装置及方法，由于采用罗兰圆环形腔结构，基于电控振镜快速旋转，可实现太赫兹波的频率快速调谐，克服了传统调谐方法改变泵浦光角度或Stokes光谐振腔调谐速度慢、互作用位置变化、输出效率低且不稳定的缺点；本专利技术由于在环形腔中采用梯形切割的MgO:LiNbO3晶体，THz波垂直晶体表面出射，这可以有效地减少MgO:LiNbO3晶体对THz波的吸收，提高输出功率与转换效率，并极大的提高了系统的稳定性，可实现THz波高功率稳定输出；本专利技术还具备体积小巧，整个系统能够在室温下运转，可采用室温探测器进行测量的特点。附图说明图1是本专利技术的基于罗兰圆的快速调谐太赫兹参量振荡辐射源装置的结构示意图；其中1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于罗兰圆的快速可调谐太赫兹参量振荡辐射源装置，包括有激光器(1)和接收激光器(1)出射光的由聚焦凸透镜(2)和聚焦凹透镜(3)组成的聚焦透镜组，其特征在于，还设置有：掺氧化镁铌酸锂晶体(10)，为等腰梯形结构，用于输出不同频率的太赫兹波；第一泵浦光高反镜(4)和第二泵浦光高反镜(5)，依次设置在所述聚焦透镜组的出射光路上，用于将聚焦透镜组输出的泵浦光送入到掺氧化镁铌酸锂晶体(10)内；环形腔参量振荡器，用于使掺氧化镁铌酸锂晶体(10)输出不同频率的太赫兹波，包括有依次设置并与所述的掺氧化镁铌酸锂晶体(10)共同形成环形光路的第一环形腔腔镜(6)、可旋转电控振镜(7)、第二环形腔腔镜(8)和第三环形腔腔镜(9)，其中，所述的第一环形腔腔镜(6)位于第二泵浦光高反镜(5)和可旋转电控振镜(7)的反射光路上，所述的第三环形腔腔镜(9)位于通过掺氧化镁铌酸锂晶体(10)的泵浦光反射光路和掺氧化镁铌酸锂晶体(10)的Stokes光出射光路上，所述的第二环形腔腔镜(8)位于第三环形腔腔镜(9)的反射光路上，所述的可旋转电控振镜(7)位于第二环形腔腔镜(8)的反射光路上；激光接收器(11)，设置在环形腔参量振荡器中第二环形腔腔镜(8)的出射光路上，用于接收第二环形腔腔镜(8)的透射光；计算机(12)，通过数据采集卡连接环形腔参量振荡器中的可旋转电控振镜(7)，用于控制可旋转电控振镜(7)上的电压，达到改变可旋转电控振镜(7)的旋转角度，从而使掺氧化镁铌酸锂晶体(10)输出不同频率的太赫兹波。...

【技术特征摘要】
1.一种基于罗兰圆的快速可调谐太赫兹参量振荡辐射源装置，包括有激光器（1）和接收激光器（1）出射光的由聚焦凸透镜（2）和聚焦凹透镜（3）组成的聚焦透镜组，其特征在于，还设置有：掺氧化镁铌酸锂晶体（10），为等腰梯形结构，用于输出不同频率的太赫兹波；第一泵浦光高反镜（4）和第二泵浦光高反镜（5），依次设置在所述聚焦透镜组的出射光路上，用于将聚焦透镜组输出的泵浦光送入到掺氧化镁铌酸锂晶体（10）内；环形腔参量振荡器，用于使掺氧化镁铌酸锂晶体（10）输出不同频率的太赫兹波，包括有依次设置并与所述的掺氧化镁铌酸锂晶体（10）共同形成环形光路的第一环形腔腔镜（6）、可旋转电控振镜（7）、第二环形腔腔镜（8）和第三环形腔腔镜（9），其中，所述的第一环形腔腔镜（6）位于第二泵浦光高反镜（5）和可旋转电控振镜（7）的反射光路上，所述的第三环形腔腔镜（9）位于通过掺氧化镁铌酸锂晶体（10）的泵浦光反射光路和掺氧化镁铌酸锂晶体（10）的Stokes光出射光路上，所述的第二环形腔腔镜（8）位于第三环形腔腔镜（9）的反射光路上，所述的可旋转电控振镜（7）位于第二环形腔腔镜（8）的反射光路上；激光接收器（11），设置在环形腔参量振荡器中第二环形腔腔镜（8）的出射光路上，用于接收第二环形腔腔镜（8）的透射光；计算机（12），通过数据采集卡连接环形腔参量振荡器中的可旋转电控振镜（7），用于控制可旋转电控振镜（7）上的电压，达到改变可旋转电控振镜（7）的旋转角度，从而使掺氧化镁铌酸锂晶体（10）输出不同频率的太赫兹波。2.根据权利要求1所述的基于罗兰圆的快速可调谐太赫兹参量振荡辐射源装置，其特征在于，所述的激光器（1）为掺钕钇铝石榴石Nd:YAG调Q激光器，输出波长为1064nm，脉宽为ns量级，偏振态为沿z轴方向偏振的线偏振光。3.根据权利要求1所述的基于罗兰圆的快速可调谐太赫兹参量振荡辐射源装置，其特征在于，所述的第一泵浦光高反镜（4）和第二泵浦光高反镜（5）均镀1064nm高反膜。4.根据权利要求1所述的基于罗兰圆的快速可调谐太赫兹参量振荡辐射源装置，其特征在于，所述的掺氧化镁铌酸锂晶体（10）的分子式为MgO:LiNbO3或MgO:LN，产生的太赫兹波由垂直于掺氧化镁铌酸锂晶体（10）表面的方向输出，所述的环形腔参量振荡器满足罗兰圆结构，即光线在掺氧化镁铌酸锂晶体中的交叉点相对于第一环形腔腔镜（6）、第二环形腔腔镜（8）和第三环形腔腔镜（9...

【专利技术属性】
技术研发人员：王与烨，徐德刚，李忠孝，姚建铨，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12