一種種子光注入高功率太赫茲差頻源系統的制作方法

本發明公開一種種子光注入高功率太赫茲差頻源系統，具體是指引入極窄種子太赫茲光束注入常規太赫茲差頻源系統中，實現高功率、極窄線寬輻射等特性功能。

背景技術：

太赫茲波(0.1THz-10THz)，位于毫米波和紅外線之間，由于其獨特的光學特性(低能性、大帶寬、無極分子穿透性、指紋峰識別性等)，被譽為“改變未來世界的十大關鍵科學技術之一”，吸引了眾多科研人員、企業界以及政府部門的廣泛關注，其太赫茲技術將廣泛應用在光譜分析、成像、遙感、雷達、環境監測、以及國土安全上。

在眾多的太赫茲輻射源中，使用兩束波長相近的高功率近紅外納秒脈沖激光器在非線性晶體中通過光學差頻方法產生高功率、寬波段、窄線寬、準單色的相干太赫茲光源，具有結構簡單、室溫工作等優點，備受科研工作者關注。這些晶體包括硒化鎵、鈮酸鋰、磷化鎵、砷化鎵、碲化鎘、磷鍺鋅以及有機晶體DAST、OH1等。近十年來，由此方法所產生發展的系列太赫茲光源，已經大量報道于世界主流期刊雜志。

對于未來太赫茲技術的實際應用，需要解決好空氣中水汽對太赫茲的強吸收這一難題。由于空氣中存在系列太赫茲透明窗口，有些窗口頻段較寬，但大部分頻段較窄，此時，可以選擇極窄線寬太赫茲頻段進行研究。

本發明是對高功率窄線寬太赫茲輻射源進行研究，該項發明是太赫茲輻射源中的一個重要研究方向，該項發明將廣泛應用于太赫茲主動成像、太赫茲遙感、太赫茲雷達、太赫茲安檢等重要領域。

技術實現要素：

本發明對高功率窄線寬太赫茲輻射源系統進行研究，依據經典高功率太赫茲光學差頻輻射源的特點(輻射功率高，室溫工作，且寬范圍連續可調諧等)，引入高功率極窄線寬太赫茲電子學連續輻射源(作為種子太赫茲光源)注入到太赫茲差頻系統光源中，參與太赫茲非線性晶體三光差頻相互作用，達到進一步壓窄太赫茲輻射線寬，提高太赫茲差頻轉化效率以及太赫茲光輻射功率的目的。由于種子太赫茲光源具有較寬的波長調諧范圍，本系統所產生的太赫茲輻射源也具有較寬的波長調諧范圍。

具體內容如下：本發明使用高功率窄線寬1064nm ns脈沖調Q Nd:YAG激光器以及窄線寬波長可調諧光學參量振蕩器作為太赫茲差頻泵浦源。這兩束泵浦光束經一系列光學元件(反射鏡、半波片、偏振耦合棱鏡)，最終垂直入射至硒化鎵晶體表面，這兩束光束激光達到空間、時間上的完全一致重合。高功率種子太赫茲激光經太赫茲合束鏡反射至硒化鎵晶體中，并確保該種子太赫茲光源入射光束與兩束近紅外泵浦激光在空間上完全重合。硒化鎵晶體固定在一個多維調節架上，底部裝有電動旋轉臺，可以方便的進行晶體方位角、俯仰角調節，以此達到最佳晶體相位匹配角。在高功率窄線寬太赫茲差頻輻射源的產生過程中，為了進一步增強太赫茲輻射功率，需要使注入的種子太赫茲光中心波長、偏振方向與實際太赫茲差頻產生的太赫茲輻射波長、偏振方向完全一致。

本發明具有結構簡單，高輻射功率，極窄線寬，寬調諧范圍等特點，將促進高功率太赫茲差頻源在國防安全、遠距離雷達監測、對地遙感、太赫茲通訊以及科學研究等領域的實際應用發展。

附圖說明

圖1為種子光注入高功率太赫茲差頻源系統產生示意圖。圖中1為1064nm納秒激光器；2為近紅外半波片；3為光學參量振蕩器；4為光束延遲線；5為近紅外偏振耦合棱鏡；6為太赫茲合束鏡；7為硒化鎵晶體；8為種子太赫茲光源；9為第一太赫茲透鏡；10為第二太赫茲透鏡；11為太赫茲探測器。

具體實施方式

結合說明書附圖，對本發明種子光注入高功率太赫茲差頻源系統進行具體實施說明如下：

本發明使用高功率窄線寬1064nm ns脈沖調Q Nd:YAG激光器1作為泵浦源(頻率10Hz，脈寬8ns，線寬為0.003cm^-1)，另外一束光束采用由1064nm光束泵浦的三倍頻(355nm)激發產生的窄線寬角度調諧光學參量振蕩器3，其波長調諧范圍為400-1700nm，具有輻射波長連續可調，頻率10Hz，脈寬4ns，窄線寬(0.075cm^-1)，以及高輻射功率(1070nm附近最高可達150mW)等特點。1064nm泵浦光束經近紅外半波片2后，豎直偏振正入射至近紅外偏振耦合棱鏡5；光學參量振蕩器3輸出在1064nm附件波段的近紅外光(如1070nm波長)經光束延遲線4后垂直入射至近紅外偏振耦合棱鏡5中。調節光束延遲線4，最終使這兩束近紅外泵浦激光(如1064nm激光以及1070nm激光)在光束傳播空間、時間上完全重合。這兩束泵浦激光透過太赫茲合束鏡6垂直入射到硒化鎵晶體7中，進行太赫茲差頻產生輻射。種子太赫茲光源8為窄線寬電子學太赫茲連續源，它將提供高功率、窄線寬、連續可調諧的連續激光，該種子太赫茲光經第一太赫茲透鏡9作用后入射至太赫茲合束鏡6，并反射至硒化鎵晶體7中，在光束傳播空間上實現太赫茲種子光束與兩束近紅外泵浦光束完全重合。由于太赫茲差頻輻射需要滿足特定的晶體相位匹配條件，亦即需要精確控制晶體相位匹配角。因此在本發明中硒化鎵晶體7被固定在一個多維調節架上，可以滿足晶體豎直方向、水平方向等維度調節，同時底部裝有電動旋轉臺，可以滿足晶體方位角、俯仰角參數的調節。通過晶體精密相位匹配角的調節，將會產生高功率的太赫茲波輻射。第二太赫茲透鏡10對實際光路中的剩余近紅外泵浦光束進行吸收過濾，只讓高功率太赫茲輻射穿過，并聚焦至太赫茲探測器11中得到相應電子學信號，并通過相關電子學設備(如示波器、鎖相放大器等)實現對太赫茲信號的讀取。需要指出的是，在本發明過程中，為了進一步增強種子光注入導致的太赫茲轉化效率，需要使種子光注入的偏振方向、太赫茲波長與實際太赫茲差頻產生的太赫茲偏振方向、太赫茲波長完全保持一致。

系統中光學元件功能說明如下：

1 為1064nm納秒激光器，提供太赫茲差頻源所需要的高功率近紅外泵浦源；

2 為近紅外半波片，改變1064nm光偏振方向；

3 為光學參量振蕩器，提供太赫茲差頻源所需要的另一波長泵浦光束；

4 為光束延遲線，由4個反射鏡組成的光束反射延遲光路組成，延遲時間約為4ns；

5 為近紅外偏振耦合棱鏡，把1064nm光束以及光學參量振蕩器輸出光束耦合成一束光；

6 為太赫茲合束鏡，把種子太赫茲激光和兩束近紅外泵浦激光合束至硒化鎵晶體中；

7 為硒化鎵晶體，實現種子光注入太赫茲差頻輻射；。

8 為種子太赫茲光源，具體為高功率窄線寬電子學太赫茲發射源，將采用美國Virginia Diodes公司產品；

9 為第一太赫茲透鏡，采用黑色高密度聚乙烯材料，用來將種子太赫茲激光聚焦至硒化鎵太赫茲晶體中；

10 為第二太赫茲透鏡，采用黑色高密度聚乙烯材料，用來吸收過濾兩束泵浦光束，只讓太赫茲光束通過，同時把太赫茲信號光束聚焦至太赫茲探測器上；

11 為太赫茲探測器，進行太赫茲探測，具體為液氦制冷硅輻射熱計。