一种太赫兹参量源耦合结构及其工作方法技术

本发明专利技术涉及一种太赫兹参量源耦合结构及其工作方法。所述太赫兹参量源耦合结构，包括太赫兹参量晶体和二氧化硅棱镜阵列；太赫兹参量晶体的两端面均镀有1000nm－1100nm波长的增透膜；二氧化硅棱镜阵列耦合在太赫兹参量晶体的输出端面。本发明专利技术所述太赫兹参量源耦合结构，在太赫兹参量源晶体的尺寸允许下，利用较大角度切割的二氧化硅棱镜与晶体键合的方式，获得太赫兹波的输出，并增加了泵浦光和斯托克斯光在晶体内的相互作用面积，提高了太赫兹的输出效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太赫兹参量源耦合结构及其工作方法，属于太赫兹激光器的

技术介绍
太赫兹光参量技术是一种产生斯托克斯光及太赫兹波的重要技术，通过某些晶体的受激电磁偶子散射可以获得斯托克斯光，以及太赫兹波段的连续可调谐激光。这种基于受激电磁偶子散射的太赫兹源具有调谐范围大，峰值能量高等优点。现已发现的太赫兹参量晶体通常为非线性晶体铌酸锂、磷酸钛氧钾等。整个太赫兹参量过程是一个复杂二阶和三阶非线性混合的过程。而由于太赫兹波在太赫兹参量晶体的折射率远大于泵浦光和斯托克斯光，因此三者在太赫兹晶体内只能满足非共线相位匹配，从而导致太赫兹波会同泵浦光呈一个较大的相位匹配角度产生。这样的非共线过程使得在晶体表面有一个极小的全反射角的太赫兹波难以输出。因此，为了获得我们需要的太赫兹波，需要对太赫兹参量晶体进行耦合设计。现有的方式基本分为两种，垂直输出耦合设计以及si阵列耦合输出设计。垂直耦合输出设计可以使得太赫兹波在晶体端面垂直出射，然而由于太赫兹波在晶体内的折射率很大，这样的垂直出射反射系数依然很高，仍有很大比例的太赫兹波没有被耦合出来。而si阵列耦合输出，已经能够获得比较好的输出效果，由于si棱镜阵列的角度较小，导致泵浦光和斯托克斯光在晶体内相互作用面积较小，对泵浦光的利用率并不够。关于硅阵列耦合输出，中国专利CN102386549A公开了一种基于差频切伦科夫效应的可调谐太赫兹辐射源及调制方法。该专利技术采取的技术方案是，基于差频切伦科夫效应的可调谐太赫兹辐射源，由激光器，倍频晶体，双波长参量振荡器、谐波镜、偏振滤波片、合束镜、柱透镜和差频晶体组成，倍频晶体与双波长参量振荡器之间放置有谐波镜；双波长参量振荡器为II类相位匹配KTP晶体OPO；在参量振荡器与差频晶体之间设置有偏振滤波片、合束镜和柱透镜；差频晶体为掺氧化镁铌酸锂晶体，分子式为MgO:LiNbO3或MgO:LN，产生的THz波由差频晶体侧面的Si棱镜耦合输出。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种太赫兹参量源耦合结构。本专利技术还提供一种上述太赫兹参量源耦合结构的工作方法。专利技术概述：本专利技术提供基于太赫兹参量源的新型耦合结构。具体是基于太赫兹参量源晶体的耦合结构。与现有的太赫兹耦合输出方式的不同，本专利技术基于二氧化硅的阵列耦合输出原理，通过对二氧化硅晶体的以大角度切割，键合在长条状的太赫兹参量源晶体的太赫兹波输出表面，耦合出太赫兹波。通过大角度切割，减小泵浦光相对晶体的入射角，增加了泵浦光和斯托克斯光的相互作用面积，弥补了现有的硅阵列耦合输出相互作用面积小的缺点，能够获得低损耗的太赫兹激光的输出，大大提高了太赫兹参量振荡器的耦合产生效率，使得太赫兹波的输出提高了0.5倍。本专利技术的技术方案为：一种太赫兹参量源耦合结构，包括太赫兹参量晶体和二氧化硅棱镜阵列；太赫兹参量晶体的两端面均镀有1000nm－1100nm波长的增透膜；二氧化硅棱镜阵列耦合在太赫兹参量晶体的输出端面。太赫兹参量晶体为同时具有拉曼与红外活性的非线性晶体。优选的，所述太赫兹参量晶体为MgO:LiNbO3或者KTP。进一步优选的，MgO:LiNbO3的输出端面耦合有多个75°切割的二氧化硅棱镜阵列。进一步优选的，KTP的输出端面耦合有多个60°切割的二氧化硅棱镜阵列。一种上述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，包括步骤如下：激光泵浦光源产生的泵浦光掠入射太赫兹参量晶体，并与太赫兹参量晶体的拉曼与红外活性振动模相互作用，产生受激激子散射，输出太赫兹波；太赫兹波在太赫兹参量晶体的输出端面以低于全反射角的角度折射进入低损耗的二氧化硅棱镜阵列，并从二氧化硅棱镜阵列端面输出。优选的，太赫兹波从二氧化硅棱镜阵列端面垂直出射。在晶体尺寸允许下，尽量减小泵浦光入射角度，可以增大泵浦光和斯托克斯光的光斑尺寸。优选的，激光泵浦光源为准连续的重复频率为100Hz-100kHz的脉冲激光系统、闪光灯泵浦的1-100Hz的激光系统或者LD泵浦的低重频的1-100Hz的激光系统；激光泵浦光源的泵浦功率密度≥20MW/cm2。优选的，LD泵浦的低重频的1-100Hz的激光系统包括，激光二极管LD、泵浦源、激光增益介质和激光谐振腔，激光谐振腔包括后腔镜、输出镜和调Q装置；后腔镜为透过率为70％的高斯镜。优选的，闪光灯泵浦包括泵浦闪光灯、闪光灯泵浦系统驱动电源、激光增益介质、激光谐振腔和冷却系统，激光谐振腔包括后腔镜、输出镜和调Q装置；后腔镜为透过率为70％的
高斯镜。优选的，激光谐振腔是直腔或者折叠腔；当激光谐振腔为折叠腔时，折叠腔内还设置有折叠镜。当激光谐振腔为折叠腔时须加入折叠镜以改变光路途径。激光谐振腔内的调Q装置与激光增益介质的相对位置可进行调换；在LD侧面泵浦与闪光灯泵浦的情况下，谐振腔内的侧泵模块或者灯泵模块以及激光增益介质、调Q装置的相对位置可相互进行调换。进一步优选的，激光增益介质为掺钕或掺镱的以下诸晶体中的一种：钇铝石榴石、钒酸钇、钒酸钆、钒酸镥、氟化钇锂、铝酸钇、钆镓石榴石、钨酸钆钾；或者，键合晶体钇铝石榴石/掺钕钇铝石榴石、钒酸钇/掺钕钒酸钇诸晶体。再进一步优选的，所述的激光增益介质的掺杂浓度，当掺钕时为0.05-at.％～3-at.％；掺镱时为0.05-at.％～10-at.％。进一步优选的，激光增益介质的两个端面均镀有对泵浦光波段及1000nm－1100nm波段的增透膜。优选的，调Q装置为电光调Q装置或声光调Q装置；声光调Q装置包括射频输入装置和调Q晶体，调Q晶体的两端面均镀有1000nm－1100nm波长的增透膜；调制频率为1Hz－100KHz；通过输入射频波改变调Q晶体的密度，来实现周期性改变激光谐振腔阈值的目的，起到调Q开关作用；电光调Q装置包括电光晶体和驱动电源，调制频率为1Hz－100kHz；利用晶体的电光效应，对通过其中的激光的相位产生调制，进而改变偏振态，完成开、关门过程。进一步优选的，冷却系统为循环水冷却系统或半导体制冷系统；循环水冷却系统包括包围设置在晶体侧面的带有管道的金属块，金属块的管道内持续通有循环冷却水；半导体制冷系统为包围设置在晶体侧面半导体制冷块。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术所述太赫兹参量源耦合结构，在太赫兹参量源晶体的尺寸允许下，利用较大角度切割的二氧化硅棱镜与晶体键合的方式，获得太赫兹波的输出，并增加了泵浦光和斯托克斯光在晶体内的相互作用面积，提高了太赫兹的输出效率；2.本专利技术所述太赫兹参量源耦合结构，通过大角度切割，减小泵浦光相对晶体的入射角，增加了泵浦光和斯托克斯光的相互作用面积，弥补了现有的硅阵列耦合输出相互作用面积小的缺点，能够获得低损耗的太赫兹激光的输出，大大提高了太赫兹参量振荡器的耦合产生效率，使得太赫兹波的输出提高了0.5倍。附图说明图1为本专利技术所述太赫兹参量源耦合结构的示意图；图2为基于太赫兹参量源耦合结构的外腔泵浦的太赫兹参量振荡器的光路结构示意图；图3为基于太赫兹参量源耦合结构的LD侧面连续泵浦系统的内腔太赫兹参量振荡器的光路结构示意图；图4为闪光灯泵浦的基于太赫兹参量源耦合结构的种子注入式太赫兹参量源的光路结构示意图；其中，1.泵浦激光谐振腔后腔镜；2.恒温冷却系统；3.调Q装置；4.起偏器；5.激光增益介质；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太赫兹参量源耦合结构，其特征在于，包括太赫兹参量晶体和二氧化硅棱镜阵列；太赫兹参量晶体的两端面均镀有1000nm－1100nm波长的增透膜；二氧化硅棱镜阵列耦合在太赫兹参量晶体的输出端面。

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹参量源耦合结构，其特征在于，包括太赫兹参量晶体和二氧化硅棱镜阵列；太赫兹参量晶体的两端面均镀有1000nm－1100nm波长的增透膜；二氧化硅棱镜阵列耦合在太赫兹参量晶体的输出端面。2.根据权利要求1所述的太赫兹参量源耦合结构，其特征在于，所述太赫兹参量晶体为MgO:LiNbO3或者KTP；MgO:LiNbO3的输出端面耦合有多个75°切割的二氧化硅棱镜阵列；KTP的输出端面耦合有多个60°切割的二氧化硅棱镜阵列。3.一种如权利要求1-2任意一项所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：激光泵浦光源产生的泵浦光掠入射太赫兹参量晶体，并与太赫兹参量晶体的拉曼与红外活性振动模相互作用，产生受激激子散射，输出太赫兹波；太赫兹波在太赫兹参量晶体的输出端面以低于全反射角的角度折射进入低损耗的二氧化硅棱镜阵列，并从二氧化硅棱镜阵列端面输出。4.根据权利要求3所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其特征在于，太赫兹波从二氧化硅棱镜阵列端面垂直出射。5.根据权利要求3所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其特征在于，激光泵浦光源为准连续的重复频率为100Hz-100kHz的脉冲激光系统、闪光灯泵浦的1-100Hz的激光系统或者LD泵浦的低重频的1-100Hz的激光系统；激光泵浦光源的泵浦功率密度≥20MW/cm2。6.根据权利要求5所述太赫兹参量源耦合结构的工作方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张行愚，吴东，丛振华，秦增光，陈晓寒，刘兆军，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37