一种紧凑的光学差频太赫兹源制造技术

本实用新型专利技术公开了一种紧凑的光学差频太赫兹源，包括依次设置的双波长激光器和差频装置，双波长激光器由依次设置的泵浦源、激光反射镜、激光晶体、Q开关和激光输出镜构成；差频装置由依次设置的激光聚焦镜和差频晶体构成；所述泵浦源发出的泵浦激光注入激光晶体，激光晶体内的激活粒子在泵浦光作用下跃迁到上能级并在由所述激光反射镜和激光输出镜构成的谐振腔内产生激光振荡，激光晶体由两块晶体构成用于产生两个波长的激光振荡，通过所述Q开关实现脉冲激光输出，输出的激光经所述激光聚焦镜聚焦后注入所述差频晶体发生差频效应，产生太赫兹波并输出。本实用新型专利技术太赫兹源结构紧凑，适用于低成本、小型化、便携式太赫兹源的需求场合。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及固体激光器及非线性光学频率变换领域，更具体的说，是涉及一种紧凑稳定双波长激光器及光学差频太赫兹源。
技术介绍
太赫兹(Terahertz或THz)辐射是频率在0.1-10THz，典型中心频率为1THz的电磁波，其波段介于微波和红外线之间，是宏观电子学向微观光子学过渡的重要电磁波段。太赫兹波在物理、化学、天文学、分子光谱、生命科学和医药科学等基础研究领域，以及医学成像、安全检查、环境监测、材料分析、食品检测、射电天文、移动通讯、卫星通信和军用雷达等应用研究领域均有重大的科学研究价值和广阔的应用前景。光学差频(DFG)是获得小型化室温运转的窄带、高峰值功率、宽调谐THz辐射源的最佳方法之一。差频的非线性过程简单有效，没有阈值，不需要谐振腔，稳定性好。差频产生太赫兹波的技术可以追溯到上世纪60年代，但由于当时的激光技术和光学频率变换技术水平的限制，转换效率非常低。直到上世纪90年代后期，随着小型化全固态激光技术、高质量非线性晶体生长技术的进步以及太赫兹波的相关理论及其应用研究的兴起，差频产生太赫兹辐射的研究又成为太赫兹领域的一个研究热点。美国、日本、欧洲等发达国家以及我国的多个课题组对差频的相关理论和技术进行了深入研究。目前国内外已报道的结果中，差频方法已经可以实现低重复频率或高重复频率的脉冲运转甚至连续波运转，调谐范围覆盖0.1-30THz，输出线宽可以窄至10MHz，差频太赫兹源的峰值功率可达到千瓦(kW)甚至兆瓦(MW)量级，平均功率可以达到毫瓦量级。利用差频产生的太赫兹辐射可以对物体进行实时成像，也可以对某些物质的宽波段太赫兹谱进行检测，其极窄带的特性甚至可以清晰地分辨出某些分子的振动或转动模式。利用低重复频率、高单能量脉冲能量的双波长激光差频可以获得较高单脉冲能量的太赫兹波，但由于重复频率低，平均功率无法有效提高，不利于快速成像等对太赫兹源功率有要求的场合。利用连续半导体激光器泵浦的双波长激光器差频可以产生高平均功率、高重复频率的太赫兹源，2010年美国LehighUniversity的PuZhao等报道了利用半导体激光器端面泵浦一块Nd:YLF晶体产生1047/1053nm双波长激光(OpticsLetters，2010，35(23)：3979-3981)，两个波长在两个谐振腔中振荡，经合束后在GaSe中差频产生了1.64THz辐射输出，但由于两个波长在晶体中有增益竞争，因此双波长的功率不稳定，产生的太赫兹功率也不稳定。2011年该研究小组对实验装置进行了改进(AppliedPhysicsLetters，2011，98：131106)，利用两台半导体激光器泵浦两块Nd:YLF晶体，在两个谐振腔中产生双波长激光并通过差频产生太赫兹波，该方案克服了增益竞争问题，双波长激光及太赫兹波的稳定性大大提高。但采用两台半导体激光器及两个谐振腔的方案大大增加了成本，也不利于双波长激光器及整体太赫兹源的小型化。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种紧凑稳定双波长激光光学差频太赫兹源。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种紧凑的光学差频太赫兹源，包括依次设置的双波长激光器和差频装置，所述双波长激光器由依次设置的泵浦源、激光反射镜、激光晶体、Q开关和激光输出镜构成；差频装置由依次设置的激光聚焦镜和差频晶体构成；所述泵浦源发出的泵浦激光注入激光晶体，激光晶体内的激活粒子在泵浦光作用下跃迁到上能级并在由所述激光反射镜和激光输出镜构成的谐振腔内产生激光振荡，所述激光晶体由两块晶体构成用于产生两个波长的激光振荡，通过所述Q开关调节谐振腔的损耗，实现脉冲激光输出，输出的激光经所述激光聚焦镜聚焦后注入所述差频晶体发生差频效应，产生太赫兹波并输出。所述泵浦源由带有聚焦透镜的直接输出半导体激光器或光纤耦合输出半导体激光器构成；所述泵浦源发出泵浦激光的波长范围为800～810nm或880～890nm，所述泵浦源发出的泵浦激光波长通过改变泵浦源所在的工作温度进行调节。所述激光晶体产生的波长范围在900-950nm波段、1040-1080nm波段和1300-1350nm波段中的任意一段。所述激光晶体的每个通光面均镀有泵浦光及振荡激光增透膜。所述激光晶体由两块不同种类晶体构成，激光晶体为Nd:YAG、Nd:YVO4、Nd:GdVO4、Nd:YLF、Nd:YAP和Nd:GGG晶体中的任意两个晶体的组合，其中Nd3+的掺杂浓度为0.1-3ad％。所述激光晶体由两块相同种类晶体构成，两块晶体的切割轴向不同或两块晶体的切割轴向相同，但是其中一块晶体的主轴相对另一块晶体沿通光方向旋转90°。所述激光反射镜镀有泵浦光增透膜及振荡激光高反膜，所述激光输出镜对振荡激光的反射率为40％～99％；所述激光反射镜的镜片和激光输出镜的镜片由平面镜、平凹镜或双凹镜其中的任意一个构成。所述Q开关由声光Q开关、电光Q开关和可饱和吸收体被动Q开关其中任意一种构成；所述Q开关的工作频率为1kHz至300kHz。所述激光聚焦镜为凸透镜或缩束望远镜。所述差频晶体由GaSe、ZnGeP2、GaAs、ZnTe、GaP或DAST其中的一种构成，所述差频晶体实现差频产生太赫兹波需满足角度相位匹配、温度相位匹配或准相位匹配。所述泵浦源输出的泵浦光聚焦点在激光晶体所包含的两块晶体结合面附近。所述双波长激光器可以通过改变泵浦源的输出波长来调节两个激光波长的相对功率。所述由激光反射镜和激光输出镜构成的谐振腔内可以加入偏振器件实现激光线的偏振运转。与现有技术相比，本技术的技术方案所带来的有益效果是：本技术中泵浦源发出的泵浦激光注入激光晶体，激光晶体由两块晶体组成以分别产生不同波长的激光振荡，两块晶体既可以是同类晶体采用不同切割方向或不同放置轴向的组合，也可以采用不同类晶体的组合，激光晶体的激活粒子在泵浦光作用下跃迁到上能级并在激光反射镜和激光输出镜构成的谐振腔内产生激光振荡，通过Q开关调节谐振腔的损耗，实现双波长的脉冲激光输出，双波长激光中两个波长的相对功率可以通过调节泵浦波长来调节，以达到最佳差频效果，输出的激光经激光聚焦镜聚焦后注入差频晶体发生差频效应，产生太赫兹波并输出；由于双波长激光共用同一个泵浦源及谐振腔，因此本技术整体太赫兹源结构非常紧凑，适用于低成本、小型化、便携式太赫兹源的需求场合。附图说明图1是本技术的结构示意图。图2是本技术的具体实施例示意图。附图标记本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑的光学差频太赫兹源，其特征在于，包括依次设置的双波长激光器和差频装置，所述双波长激光器由依次设置的泵浦源、激光反射镜、激光晶体、Q开关和激光输出镜构成；差频装置由依次设置的激光聚焦镜和差频晶体构成；所述泵浦源发出的泵浦激光注入激光晶体，激光晶体内的激活粒子在泵浦光作用下跃迁到上能级并在由所述激光反射镜和激光输出镜构成的谐振腔内产生激光振荡，所述激光晶体由两块晶体构成用于产生两个波长的激光振荡，通过所述Q开关调节谐振腔的损耗，实现脉冲激光输出，输出的激光经所述激光聚焦镜聚焦后注入所述差频晶体发生差频效应，产生太赫兹波并输出。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑的光学差频太赫兹源，其特征在于，包括依次设置的双波长激光器和差频装
置，所述双波长激光器由依次设置的泵浦源、激光反射镜、激光晶体、Q开关和激光输出镜
构成；差频装置由依次设置的激光聚焦镜和差频晶体构成；所述泵浦源发出的泵浦激光注入
激光晶体，激光晶体内的激活粒子在泵浦光作用下跃迁到上能级并在由所述激光反射镜和激
光输出镜构成的谐振腔内产生激光振荡，所述激光晶体由两块晶体构成用于产生两个波长的
激光振荡，通过所述Q开关调节谐振腔的损耗，实现脉冲激光输出，输出的激光经所述激光
聚焦镜聚焦后注入所述差频晶体发生差频效应，产生太赫兹波并输出。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑的光学差频太赫兹源，其特征在于，所述泵浦源由带
有聚焦透镜的直接输出半导体激光器或光纤耦合输出半导体激光器构成；所述泵浦源发出泵
浦激光的波长范围为800～810nm或880～890nm，所述泵浦源发出的泵浦激光波长通过改变泵
浦源所在的工作温度进行调节。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑的光学差频太赫兹源，其特征在于，所述激光晶体产
生的波长范围在900-950nm波段、1040-1080nm波段和1300-1350nm波段中的任意一段。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑的光学差频太赫兹源，其特征在于，所述激光晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟凯，徐德刚，姚建铨，王与烨，史伟，梅嘉林，刘阳，王茂榕，郭拾贝，刘楚，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津;12