【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太赫兹，具体地说是一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生方法及系统。
技术介绍
1、太赫兹波一般指的是频率在0.1-10thz频段的电磁波，由于其独特的特性，近年来受到人们广泛关注。在自然界中许多生物大分子的振动都处在该频段，这为生物特性的检测提供了有效手段；太赫兹光子能量低，对探测物不会造成损坏，能够实现无损检测；太赫兹对许多介电材料和非极性物质具有穿透能力，可以作为隐蔽物探测的手段。
2、高功率的太赫兹源是实现以上应用的核心部件。基于非线性光学原理的差频产生是获得小型化室温运转的窄带、高峰值功率、宽调谐太赫兹辐射源的光子学方法之一。差频产生过程的输入一般是两束频率接近的红外光(通常称为“双波长”)，输出太赫兹波的频率为双波长频率之差。差频产生的效率除了与差频晶体本身的物理性能和相位匹配条件有关之外，还与双波长能量中两个分量的比例相关。双波长能量比例为1:1时，同等条件下差频产生的效率最高。
3、目前，最常用的双波长产生器为激光泵浦的双参量晶体光参量振荡器，例如，反射式双ktp-opo，其优势在于结构紧凑、高转换效率、窄线宽和低阈值。然而，两块参量晶体对泵浦激光的能量存在竞争效应，输出的双波长能量比例通常会失衡，偏离差频产生所需的最优比例(即1:1)。理论上，能量比为1:7的双波长，同等条件下差频过程的转换效率只有1:1时的44％。因此，平衡双波长能量是一种十分有效的提升差频太赫兹源性能的手段。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本
2、本专利技术实现上述目的所采用的技术方案是：
3、一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生系统，其特征在于，包括泵浦激光器、激光能量调节器、双波长产生器、太赫兹波产生器和太赫兹波探测器；所述泵浦激光器作为泵浦源发射泵浦激光；所述激光能量调节器用于调节泵浦激光的能量并输出至双波长产生器；所述双波长产生器用于将泵浦激光转换为符合能量比要求的近红外光波段的双波长并输出；所述太赫兹波产生器用于将双波长转换为差频太赫兹波；所述太赫兹波探测器用于对差频太赫兹波进行收集和探测。
4、所述泵浦激光器为倍频掺钕钇铝石榴石激光器，其输出激光的中心波长为532nm。
5、所述激光能量调节器包括半波片、偏振分束立方体和吸收体；所述泵浦激光透过半波片照射在偏振分束立方体上产生偏振分束；其中，竖直偏振分量经反射进入双波长产生器，水平偏振分量进入吸收体被其收集。
6、所述双波长产生器包括激光输入镜、耦合腔镜、参量晶体a、参量晶体b、全反腔镜和红外衰减片；所述激光输入镜为45°反射镜，且表面镀膜对532nm高反，对1300-1600nm高透；所述耦合腔镜表面镀膜对532nm及1300-1600nm高透、对800-900nm高反；所述全反腔镜镀膜对532nm、1300-1600nm及800-900nm均高反；所述参量晶体a和参量晶体b为磷酸钛氧钾材质，其输出的近红外光波长约为1300-1600nm，且两面镀532nm、1300-1600nm及800-900nm的高透膜；所述泵浦激光的竖直偏振分量经激光输入镜反射至耦合腔镜，进而依次照射参量晶体a、参量晶体b产生两路范围在1300-1600nm内波长不等、能量比可调的近红外光，经过全反腔镜反射并原路返回至激光输入镜、红外衰减片后输出。
7、所述太赫兹波产生器包括聚焦透镜和差频晶体；所述差频晶体放置于聚焦透镜的焦点位置处；双波长的近红外光经过差频晶体后产生差频太赫兹波，其频率为双波长的频率之差。
8、所述的聚焦透镜采用凸透镜或缩束望远镜；所述的差频晶体为非线性晶体；所述差频晶体实现太赫兹波的差频产生满足相应的角度相位匹配、温度相位匹配或准相位匹配条件。
9、所述太赫兹波探测器包括滤光片、探测元件，以及镀金离轴抛物面镜a和镀金离轴抛物面镜b；所述的滤光片为低通滤波片，用于截止剩余双波长；所述的探测元件，为高莱盒或热释电探测器，用于探测差频太赫兹波。
10、一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生方法，实现双波长能量平衡的步骤如下：
11、s1、测量双波长产生器中两块参量晶体的出光阈值，将阈值更低的参量晶体设置为参量晶体b，靠近全反腔镜放置；
12、s2、通过激光能量调节器改变输入双波长产生器的泵浦能量；测量输入泵浦能量和输出双波长能量之比的关系，得到使双波长能量之比为1:1时的泵浦能量大小ep；
13、s3、控制激光能量调节器输出的泵浦能量至ep；
14、s4、改变双波长产生器中红外衰减片(36)的衰减倍率，使双波长的总能量小于差频晶体的损伤阈值。
15、所述通过激光能量调节器改变输入双波长产生器的泵浦能量，包括：通过以激光方向为轴旋转半波片改变泵浦激光照射在偏振分束立方体的入射方向，调节其中水平偏振分量和竖直偏振分量的所占比例。
16、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果及优点：
17、1.本专利技术可稳定平衡常用的双波长产生器输出的双波长能量至1:1，提升了差频过程的转换效率；
18、2.本专利技术中的太赫兹波差频产生系统结构相对紧凑，适用于低成本、小型化、便携式太赫兹源的需求场合。
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1.一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生系统，其特征在于，包括泵浦激光器(1)、激光能量调节器(2)、双波长产生器(3)、太赫兹波产生器(4)和太赫兹波探测器(5)；所述泵浦激光器(1)作为泵浦源发射泵浦激光；所述激光能量调节器(2)用于调节泵浦激光的能量并输出至双波长产生器(3)；所述双波长产生器(3)用于将泵浦激光转换为符合能量比要求的近红外光波段的双波长并输出；所述太赫兹波产生器(4)用于将双波长转换为差频太赫兹波；所述太赫兹波探测器(5)用于对差频太赫兹波进行收集和探测。
2.根据权利要求1所述的一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生系统，其特征在于，所述泵浦激光器(1)为倍频掺钕钇铝石榴石激光器，其输出激光的中心波长为532nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生系统，其特征在于，所述激光能量调节器(2)包括半波片(21)、偏振分束立方体(22)和吸收体(23)；所述泵浦激光透过半波片(21)照射在偏振分束立方体(22)上产生偏振分束；其中，竖直偏振分量经反射进入双波长产生器(3)，水平偏振分量进
4.根据权利要求1所述的一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生系统，其特征在于，所述双波长产生器(3)包括激光输入镜(31)、耦合腔镜(32)、参量晶体A(33)、参量晶体B(34)、全反腔镜(35)和红外衰减片(36)；所述激光输入镜(31)为45°反射镜，且表面镀膜对532nm高反，对1300-1600nm高透；所述耦合腔镜(32)表面镀膜对532nm及1300-1600nm高透、对800-900nm高反；所述全反腔镜(35)镀膜对532nm、1300-1600nm及800-900nm均高反；所述参量晶体A(33)和参量晶体B(34)为磷酸钛氧钾材质，其输出的近红外光波长约为1300-1600nm，且两面镀532nm、1300-1600nm及800-900nm的高透膜；所述泵浦激光的竖直偏振分量经激光输入镜(31)反射至耦合腔镜(32)，进而依次照射参量晶体A(33)、参量晶体B(34)产生两路范围在1300-1600nm内波长不等、能量比可调的近红外光，经过全反腔镜(35)反射并原路返回至激光输入镜(31)、红外衰减片(36)后输出。
5.根据权利要求1所述的一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生系统，其特征在于，所述太赫兹波产生器(4)包括聚焦透镜(41)和差频晶体(42)；所述差频晶体(42)放置于聚焦透镜(41)的焦点位置处；双波长的近红外光经过差频晶体(42)后产生差频太赫兹波，其频率为双波长的频率之差。
6.根据权利要求5所述的一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生系统，其特征在于，所述的聚焦透镜(41)采用凸透镜或缩束望远镜；所述的差频晶体(42)为非线性晶体；所述差频晶体(42)实现太赫兹波的差频产生满足相应的角度相位匹配、温度相位匹配或准相位匹配条件。
7.根据权利要求1所述的一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生系统，其特征在于，所述太赫兹波探测器(5)包括滤光片(52)、探测元件(54)，以及镀金离轴抛物面镜A(51)和镀金离轴抛物面镜B(53)；所述的滤光片(52)为低通滤波片，用于截止剩余双波长；所述的探测元件(54)，为高莱盒或热释电探测器，用于探测差频太赫兹波。
8.根据权利要求1所述的一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生方法，其特征在于，实现双波长能量平衡的步骤如下：
9.根据权利要求8所述的一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生方法，其特征在于，所述通过激光能量调节器(2)改变输入双波长产生器(3)的泵浦能量，包括：通过以激光方向为轴旋转半波片(21)改变泵浦激光照射在偏振分束立方体(22)的入射方向，调节其中水平偏振分量和竖直偏振分量的所占比例。
...【技术特征摘要】
1.一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生系统，其特征在于，包括泵浦激光器(1)、激光能量调节器(2)、双波长产生器(3)、太赫兹波产生器(4)和太赫兹波探测器(5)；所述泵浦激光器(1)作为泵浦源发射泵浦激光；所述激光能量调节器(2)用于调节泵浦激光的能量并输出至双波长产生器(3)；所述双波长产生器(3)用于将泵浦激光转换为符合能量比要求的近红外光波段的双波长并输出；所述太赫兹波产生器(4)用于将双波长转换为差频太赫兹波；所述太赫兹波探测器(5)用于对差频太赫兹波进行收集和探测。
2.根据权利要求1所述的一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生系统，其特征在于，所述泵浦激光器(1)为倍频掺钕钇铝石榴石激光器，其输出激光的中心波长为532nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生系统，其特征在于，所述激光能量调节器(2)包括半波片(21)、偏振分束立方体(22)和吸收体(23)；所述泵浦激光透过半波片(21)照射在偏振分束立方体(22)上产生偏振分束；其中，竖直偏振分量经反射进入双波长产生器(3)，水平偏振分量进入吸收体(23)被其收集。
4.根据权利要求1所述的一种基于双波长能量平衡的高效太赫兹波差频产生系统，其特征在于，所述双波长产生器(3)包括激光输入镜(31)、耦合腔镜(32)、参量晶体a(33)、参量晶体b(34)、全反腔镜(35)和红外衰减片(36)；所述激光输入镜(31)为45°反射镜，且表面镀膜对532nm高反，对1300-1600nm高透；所述耦合腔镜(32)表面镀膜对532nm及1300-1600nm高透、对800-900nm高反；所述全反腔镜(35)镀膜对532nm、1300-1600nm及800-900nm均高反；所述参量晶体a(33)和参量晶体b(34)为磷酸钛氧钾材质，其输出的近红外光波长约为1300-1600nm，且两面镀532nm、1300...
【专利技术属性】
技术研发人员：祁峰，李伟，付俏俏，刘鹏翔，李惟帆，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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