專利名稱：非周期極化晶體雙波長光學(xué)參量振蕩器產(chǎn)生太赫茲的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非周期極化晶體雙波長光學(xué)參量振蕩器產(chǎn)生太赫茲的裝置，屬于產(chǎn)生太赫茲波源的技術(shù)。
背景技術(shù)：
太赫茲(太赫茲，1THz＝1012Hz)頻段是指頻率從0.3THz到10THz，介于毫米波與紅外光之間的電磁輻射區(qū)域。這是一個(gè)非常具有科學(xué)價(jià)值但尚未開發(fā)的電磁輻射區(qū)域。長期以來，由于缺乏有效的太赫茲產(chǎn)生和檢測方法，人們對于該波段電磁輻射性質(zhì)的了解非常有限，以致于該波段被稱為電磁波譜中的太赫茲空隙，也是電磁波譜中有待進(jìn)行全面研究的最后一個(gè)頻率窗口。
近年來太赫茲技術(shù)之所以引起人們的廣泛關(guān)注，是因?yàn)樗谖矬w成像、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、射電天文、寬帶移動通訊、衛(wèi)星通信和軍用雷達(dá)等方面具有重大的科學(xué)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
由于太赫茲電磁波的上述重大應(yīng)用前景，目前國際上已有多個(gè)課題組開展了太赫茲領(lǐng)域的科學(xué)研究工作。
截止到2002年，在美國，Jefferson試驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了大功率太赫茲光源。倫斯勒理工學(xué)院太赫茲研究中心實(shí)現(xiàn)了T-射線層析成像術(shù)，T-射線用于生化樣品識別和成像。在美國的其他實(shí)驗(yàn)室開始了非線性太赫茲光譜分析學(xué)的研究，太赫茲波量子光學(xué)和量子計(jì)算等。意大利和英國實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)太赫茲激光器。在美國和歐洲，也已實(shí)現(xiàn)太赫茲波的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。在德國，實(shí)現(xiàn)了太赫茲共振結(jié)構(gòu)用于無標(biāo)記DNA識別。日本則提出了在強(qiáng)磁場下利用半導(dǎo)體產(chǎn)生太赫茲射線的物理機(jī)制。
獲得太赫茲波的方法雖然很多，原理也各異，但利用非線性差頻(DFG)過程是其中的一種重要手段，它的最大優(yōu)點(diǎn)是沒有閾值，且試驗(yàn)設(shè)備很容易搭建，容易實(shí)現(xiàn)差頻轉(zhuǎn)換，其關(guān)鍵是要獲得波長相近的泵浦光和信號光，有如下幾種常用的方法(1)雙波長輸出TiAl2O3激光器；(2)工作在簡并點(diǎn)附近的光學(xué)參量振蕩器；(3)利用雙非線性晶體實(shí)現(xiàn)雙信號光運(yùn)轉(zhuǎn)的光學(xué)參量振蕩器；(4)利用雙重周期極化晶體實(shí)現(xiàn)雙信號光運(yùn)轉(zhuǎn)的光學(xué)參量振蕩器。
上述方法轉(zhuǎn)換效率低，光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜，不便于光路調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種非周期極化晶體雙波長光學(xué)參量振蕩器產(chǎn)生太赫茲的裝置，該裝置易于組建，產(chǎn)生的太赫茲無閾值。
本發(fā)明是通過一下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的。一種以非周期極化晶體雙波長光學(xué)參量振蕩器產(chǎn)生太赫茲的裝置，太赫茲波的頻率范圍為1.19THz～1.45THz，該裝置包括泵浦源1，光學(xué)耦合透鏡組2、7，輸入鏡3，輸出鏡6，非線性晶體C28及其溫控爐9，其中泵浦源包括半導(dǎo)體激光器1-1，光學(xué)耦合透鏡組1-2，NdYAG晶體1-3，聲光Q開關(guān)1-4，小孔光1-5欄，輸出耦合鏡1-6。其特征在于，裝置還包括，在輸入鏡3和輸出鏡6之間設(shè)置了鈮酸鋰的晶體尺寸為30mm×5mm×1mm、單個(gè)電疇寬度L＝10μm的非周期極化晶體C14及其溫控爐5，溫控爐5工作溫度100℃～200℃，且在泵浦光λp＝波長1064nm時(shí)，該非周期極化晶體以λ1＝1500nm和λ2＝1510nm的兩個(gè)信號光入射非線性晶體C2(8)，在非線性晶體C2的端面鍍1450nm～1550nm的增透膜，極化周期為35μm，α＝23°，非線性晶體C2的溫控爐(9)的工作溫度為100℃～200℃，則由非線性晶體C2差頻產(chǎn)生頻率范圍為1.19THz～1.45THz太赫茲波。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，裝置易于組建，產(chǎn)生的太赫茲無閾值。而且轉(zhuǎn)換效率高，便于光路調(diào)節(jié)。


圖1為一段非周期極化晶體的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中1泵浦的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為傾斜周期的非線性晶體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生太赫茲波的原理圖。
圖中1為泵浦源，2為光學(xué)耦合透鏡組，3為輸入鏡，4為非周期極化晶體C1，5為溫控爐，6為輸出鏡，7為光學(xué)耦合透鏡組，8為非線性晶體C2，9為溫控爐，1-1為LD泵浦源，1-2為耦合透鏡組，1-3為Nd:YAG晶體，1-4為聲光Q開關(guān)，1-5為小孔光欄，1-6為輸出耦合鏡。
具體實(shí)施例方式
下面具體介紹一下各光學(xué)器件的參數(shù)。半導(dǎo)體激光器1-1在25℃時(shí)中心波長808nm，譜線寬度為2.5nm，光纖芯徑為400μm，數(shù)值孔徑為0.22，自帶溫度控制和冷卻系統(tǒng)。光學(xué)耦合透鏡組1-2把光纖輸出的808nm泵浦光耦合進(jìn)Nd:YAG晶體，要求聚焦光斑直徑大?。?mm，焦深＞10mm，損耗＜10％。激光腔采用結(jié)構(gòu)簡單的平-平腔結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體激光器輸出的808nm光經(jīng)過耦合系統(tǒng)1-2后泵浦Nd:YAG晶體1-3，晶體前端面鍍808nm高透、1064nm全反膜，做為輸入鏡，輸出端鍍808nm、1064nm增透膜，Nd:YAG晶體尺寸為3mm×3mm×5mm，摻雜濃度為0.5atm％，晶體采用恒溫水循環(huán)器將溫度控制在22.5℃。為了提高峰值功率，我們加入聲光Q開關(guān)1-4，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)1064nm輸出。重復(fù)頻率1-19KHz可調(diào)。為了提高光束質(zhì)量，加入了小孔光欄1-5限束，但使得閾值提高，輸出功率有所降低。輸出耦合鏡1-6對1064nm的透過率為10％，腔長約為95mm。
1064nm光經(jīng)過耦合系統(tǒng)2后，聚焦在到非周期極化晶體C1的中心位置，光斑半徑約為100μm。OPO腔由一平面輸入耦合鏡3和一曲率半徑為100mm的平凹輸出耦合鏡6組成。腔長約為90mm，輸入耦合鏡3對1064nm波長的光95％高透，對雙信號光＞99％高反，輸出耦合鏡[6對雙信號光12％透過，對泵浦光80％透射。它們對閑頻光(3-4μm)都是高吸收，這樣OPO對信號光單諧振。
非周期極化晶體C1兩端鍍有對1064nm和1450nm～1550nm的增透膜。由于LiNbO3晶體的光損傷閾值與溫度有關(guān)，溫度升高光損傷閾值也明顯升高。所以，為避免晶體光折變損傷，我們把晶體C1裝在溫控爐5里，工作范圍為室溫到200℃，加熱到137℃平均需要12分鐘。溫度控制器工作電壓為85～235VAC，正常工作的環(huán)境溫度可以從-10℃～55℃。采用pt100作為溫度傳感器，溫度控制精度高于±0.1℃。把由6輸出的雙信號光經(jīng)過耦合系統(tǒng)7后聚焦在第二塊非線性晶體C28的中心位置。一般的非線性晶體對THz的吸收比較強(qiáng)，所以非線性晶體我們選擇傾斜周期的周期極化晶體，這樣可以獲得側(cè)向輻射太赫茲波，并利用輻射熱探測器進(jìn)行THz探測。非線性晶體C28的晶體端面鍍1450nm～1550nm的增透膜，極化周期為35μm，α＝23°。非線性晶體C2放在溫控爐9中，通過改變晶體C2的溫度，來實(shí)現(xiàn)不同入射波長條件下的相位匹配。在100℃～200℃范圍內(nèi)改變非周期極化晶體溫度，可獲得光學(xué)參量振蕩器雙信號光的波長調(diào)諧范圍為1491.3nm(1500.2nm)～1519.4nm(1530.7nm)。將此雙信號光入射到傾斜周期的非線性晶體C2上，再通過調(diào)節(jié)C2的溫度，差頻產(chǎn)生太赫茲波的頻率范圍為1.19THz～1.45THz。
權(quán)利要求
1.一種以非周期極化晶體雙波長光學(xué)參量振蕩器產(chǎn)生太赫茲的裝置，所述的太赫茲波的頻率為1.19THz～1.45THz，該裝置包括泵浦源(1)，光學(xué)耦合透鏡組(2)、(7)，輸入鏡(3)，輸出鏡(6)，非線性晶體C2(8)及其溫控爐(9)，其中泵浦源包括半導(dǎo)體激光器(1-1)，光學(xué)耦合透鏡組(1-2)，Nd:YAG晶體(1-3)，聲光Q開關(guān)(1-4)，小孔光(1-5)欄，輸出耦合鏡(1-6)，其特征在于，裝置還包括，在輸入鏡(3)和輸出鏡(6)之間設(shè)置了鈮酸鋰的晶體尺寸為30mm×5mm×1mm、單個(gè)電疇寬度L＝10μm的非周期極化晶體C1(4)及其溫控爐(5)，溫控爐(5)工作溫度100℃～200℃，且在泵浦光λp＝波長1064nm時(shí)，該非周期極化晶體以λ1＝1500nm和λ2＝1510nm的兩個(gè)信號光入射非線性晶體C2(8)，在非線性晶體C2的端面鍍1450nm～1550nm的增透膜，極化周期為35μm，α＝23°，非線性晶體C2的溫控爐(9)的工作溫度為100℃～200℃，則由非線性晶體C2差頻產(chǎn)生頻率范圍為1.19THz～1.45THz太赫茲波。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非周期極化晶體雙波長光學(xué)參量振蕩器產(chǎn)生太赫茲的裝置，屬于產(chǎn)生太赫茲波源的技術(shù)。所述的裝置包括泵浦源，光學(xué)耦合透鏡組，輸入鏡，輸出鏡，非線性晶體C
文檔編號H01S3/00GK1747260SQ20051001448
公開日2006年3月15日 申請日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者姚建銓, 紀(jì)峰, 張百鋼, 路洋, 張鐵犁, 王濤 申請人:天津大學(xué)