一種基于光整流Cherenkov效應(yīng)的THz波產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光整流Cherenkov效應(yīng)的THz波產(chǎn)生裝置，特征是包括飛秒激光器、柱透鏡、晶體－硅棱鏡陣列耦合體、高萊管、探測單元與時間延遲系統(tǒng)；飛秒激光器為全自動一體化寬帶飛秒激光器，帶寬和中心波長自動可調(diào)，輸出中心波長為800nm、水平線偏振、空間模式為TEM00、脈寬為18fs的光脈沖，光束直徑為2mm；耦合體包括晶體和若干只小塊狀的硅棱鏡，晶體為薄片狀長方體，各硅棱鏡固定在晶體的上、下表面上；探測單元包括探測晶體與鎖相放大器；時間延遲系統(tǒng)配合探測單元進行THz光譜的測量。本發(fā)明提高了泵浦光向THz波的轉(zhuǎn)化效率，在增大光脈沖與晶體有效作用距離的同時降低了對THz波耦合輸出的限制，從而提高了THz波的輸出效率。
【專利說明】—種基于光整流Cherenkov效應(yīng)的THz波產(chǎn)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于光整流Cherenkov效應(yīng)的THz波產(chǎn)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]THz波具有頻帶寬、方向性好、散射小、空間分辨率高等諸多特性，THz科學(xué)技術(shù)在材料分析、通信、偵查等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，已成為一個非常有吸引力的研究領(lǐng)域。其中，THz波產(chǎn)生技術(shù)是最為關(guān)鍵的研究內(nèi)容，是THz波應(yīng)用于實際的前提。
[0003]基于光子學(xué)的THz波產(chǎn)生技術(shù)可在室溫下實現(xiàn)高頻的寬帶、高相干性THz波的輸出，方法包括光整流效應(yīng)、光參量振蕩、光學(xué)差頻等。這些方法主要是基于激光與非線性晶體的相互作用，即激光在晶體內(nèi)的差頻、參量轉(zhuǎn)換效應(yīng)等物理機理在晶體中產(chǎn)生出連續(xù)或脈沖THz波。其中，由于在光整流Cherenkov效應(yīng)中非共線相位匹配條件可自動得到滿足，一方面使得飛秒光脈沖與晶體間的有效作用距離大大增加，從而可有效提高光能量向THz波的轉(zhuǎn)化效率；另一方面，通過非共線相位匹配產(chǎn)生的THz波的傳播方向與光脈沖傳播方向呈一定夾角，因此使得THz波在晶體中的傳播距離較短，從而減小了晶體對THz波的吸收。然而，通過非共線相位匹配產(chǎn)生的THz波在出射時往往會在晶體與空氣交界面發(fā)生全反射，加上晶體對THz波存在著嚴(yán)重吸收，就導(dǎo)致THz波不能從晶體中有效輸出，因此也無法加以利用。
[0004]在晶體的THz波出射表面粘合具有合理切割角度的硅棱鏡的辦法常被用于THz波的輸出技術(shù)中。Si材料對THz波具有合適的折射率，能夠使得晶體中產(chǎn)生的THz波從晶體中順利入射到Si棱鏡中；同時由于Si棱鏡具有合適的切割角度，可以保證THz波以一定的入射角入射到棱鏡出射表面，避免全反射的發(fā)生。因此，晶體一娃棱鏡耦合體可有效解決THz波從晶體中的輸出問題。
[0005]俄羅斯的S.B.Bodrov等提出了一種THz波產(chǎn)生方案。在該方案中，飛秒光脈沖經(jīng)一個柱透鏡被聚焦為線狀光斑入射到厚度為a的LiNbO3晶體中，在晶體中通過光整流Cherenkov效應(yīng)產(chǎn)生THz福射。他們通過在晶體上下兩表面粘合娃棱鏡的方法成功將晶體中的THz波輸出到自由空間，從而避免了全反射的發(fā)生。
[0006]在常規(guī)方法中，飛秒光脈沖通常被聚焦為點狀光斑，這樣晶體中會產(chǎn)生波面為圓錐狀的THz福射,而上述方案利用一個柱透鏡把飛秒光脈沖聚焦為方向與光偏振方向平行的線狀光斑，因此可在晶體中產(chǎn)生楔形波面，顯然具有楔形波面的THz輻射更容易被收集利用。另外，由于晶體對THz波的吸收作用較為嚴(yán)重，以往方法常選用晶體中接近出射表面的部分作為激光入射區(qū)域，這樣做雖然可以使接近晶體出射表面的一側(cè)產(chǎn)生的THz波順利出射，但另一側(cè)的THz波則由于晶體的吸收而被損耗掉。上述方案采用學(xué)薄片狀晶體上下兩表面同時粘合硅棱鏡的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)THz波的輸出，降低了晶體對THz波的吸收。
[0007]上述方案存在以下不足:由于在晶體上下表面粘合的硅棱鏡為單塊硅棱鏡，這存在兩方面問題。一方面，該方案要求棱鏡底面要與晶體表面緊密粘合，因此要求對娃棱鏡底面(與晶體的接觸面)進行拋光，然而對大面積的硅棱鏡拋光在工藝上存在很大難度，不能保證表面的平整度；另一方面，由于硅材料對THz波也存在一定吸收，而晶體中產(chǎn)生的THz波需要在棱鏡中傳輸較長的距離才能輸出到自由空間，因此硅棱鏡會造成THz波的衰減。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種基于光整流Cherenkov效應(yīng)的THz波產(chǎn)生裝置,該THz波產(chǎn)生裝置基于光整流Cherenkov效應(yīng)，利用薄片晶體一雙面硅棱鏡陣列耦合體輸出晶體中產(chǎn)生的THz波，相對于現(xiàn)有的THz波產(chǎn)生裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效率的THz波輸出。
[0009]其技術(shù)解決方案是:[0010]一種基于光整流Cherenkov效應(yīng)的THz波產(chǎn)生裝置，包括:
[0011]飛秒激光器，該飛秒激光器為全自動一體化寬帶飛秒激光器，帶寬和中心波長自動可調(diào)，輸出中心波長為800nm、水平線偏振、空間模式為TEMc?、脈寬為18fs的光脈沖，光束直徑為2mm ；
[0012]柱透鏡，在光路中，應(yīng)使柱透鏡的焦線方向平行于光脈沖的偏振方向；
[0013]晶體一硅棱鏡陣列耦合體，包括晶體和若干只小塊狀的硅棱鏡，晶體采用MgOiLiNbO3晶體制成，摻雜濃度為5mol%，為薄片狀長方體，上、下兩面拋光，晶軸方向與激光偏振方向平行；各娃棱鏡的底面和輸出面都進行拋光，并固定在晶體的上、下表面上；
[0014]高萊管，該高萊管的響應(yīng)光譜范圍為0.02~20THz，調(diào)制頻率為20Hz，用于測量出射THz波的能量；
[0015]探測單元，包括探測晶體與鎖相放大器，探測晶體選用ZnTe材料；
[0016]時間延遲系統(tǒng)，該時間延遲系統(tǒng)配合上述探測單元進行THz光譜的測量；
[0017]計算機，該計算機連接上述鎖相放大器，用于對測量信號進行處理，并同時實現(xiàn)對時間延遲系統(tǒng)的控制。
[0018]上述硅棱鏡為10只，各硅棱鏡的底面與上述晶體緊密接觸，底角為52°。
[0019]上述飛秒激光器發(fā)出的脈沖被分為兩路，第一路飛秒光脈沖經(jīng)柱透鏡聚焦后變?yōu)槠叫杏诿}沖偏振方向的線狀光斑，線狀光斑入射進晶體一娃棱鏡陣列稱合體后就基于光整流Cherenkov效應(yīng)產(chǎn)生寬頻帶的THz福射；第二路飛秒光脈沖被時間延遲系統(tǒng)延遲后到達探測單元，用于測量THz波的時域脈沖波形，經(jīng)傅立葉變換后得到頻域中的THz光譜。
[0020]上述基于光整流Cherenkov效應(yīng)產(chǎn)生寬頻帶的THz輻射，利用離軸拋物鏡把晶體一硅棱鏡陣列耦合體上、下兩面耦合出的THz波先進行合束后再用高萊管探測其能量；或用兩只高萊管分別測量晶體一硅棱鏡陣列耦合體上、下兩面耦合出的THz波能量。
[0021]本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果:
[0022]本發(fā)明利用光整流Cherenkov效應(yīng)產(chǎn)生THz波,相位匹配條件自動得到滿足,因此提高了泵浦光向THz波的轉(zhuǎn)化效率；采用薄片晶體一雙面硅棱鏡陣列耦合體輸出THz波，在增大光脈沖與晶體有效作用距離的同時降低了現(xiàn)有技術(shù)中THz波產(chǎn)生裝置的晶體吸收、硅棱鏡厚度等因素對THz波耦合輸出的限制，從而提高了 THz波的輸出效率。還具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，能在室溫下運行等特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作更進一步的說明:[0024]圖1為本發(fā)明一種實施方式的原理示意框圖。
[0025]圖2為本發(fā)明中的晶體一硅棱鏡陣列耦合體THz波輸出情形簡圖。
【具體實施方式】
[0026]飛秒激光為太赫茲信號的產(chǎn)生提供了有效的激勵源，通過飛秒激光與非線性晶體相互作用可產(chǎn)生出寬帶THz輻射。在飛秒激光與非線性晶體的相互作用機理中，基于光整流的光學(xué)Cherenkov效應(yīng)也是一種產(chǎn)生高效THz波的方法。這種方法主要是用飛秒激光作為泵浦光入射進非線性晶體，利用飛秒激光脈沖在晶體中的Cherenkov效應(yīng)產(chǎn)生THz輻射，即當(dāng)光脈沖的群速度大于THz波的相速度時，晶體中就會產(chǎn)生出沿與光脈沖傳播方向呈一定角度發(fā)射的THz波。Cherenkov輻射的角度是由光波段和太赫茲波段的兩種不同的折射率決定的，例如對于摻氧化鎂鈮酸鋰化80:1^他03)來說，％11；=2.2，111=5.2，考慮到反射和折射，切連科夫輻射的角度Θ可以表示為
「00271
【權(quán)利要求】
1.一種基于光整流Cherenkov效應(yīng)的THz波產(chǎn)生裝置，其特征在于包括: 飛秒激光器，該飛秒激光器為全自動一體化寬帶飛秒激光器，帶寬和中心波長自動可調(diào)，輸出中心波長為800nm、水平線偏振、空間模式為TEMotl、脈寬為18fs的光脈沖，光束直徑為 2mm ； 柱透鏡，在光路中，應(yīng)使柱透鏡的焦線方向平行于光脈沖的偏振方向； 晶體一娃棱鏡陣列稱合體，包括晶體和若干只小塊狀的娃棱鏡，晶體米用MgO = LiNbO3晶體制成，摻雜濃度為5mol%,為薄片狀長方體,上、下兩面拋光，晶軸方向與激光偏振方向平行；各硅棱鏡的底面和輸出面都進行拋光，并固定在晶體的上、下表面上； 高萊管，該高萊管的響應(yīng)光譜范圍為0.02?20THz，調(diào)制頻率為20Hz，用于測量出射THz波的能量； 探測單元，包括探測晶體與鎖相放大器，探測晶體選用ZnTe材料； 時間延遲系統(tǒng)，該時間延遲系統(tǒng)配合上述探測單元進行THz光譜的測量； 計算機，該計算機連接上述鎖相放大器，用于對測量信號進行處理，并同時實現(xiàn)對時間延遲系統(tǒng)的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光整流Cherenkov效應(yīng)的THz波產(chǎn)生裝置，其特征在于:上述硅棱鏡為10只，各硅棱鏡的底面與上述晶體緊密接觸，底角為52°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光整流Cherenkov效應(yīng)的THz波產(chǎn)生裝置，其特征在于:上述飛秒激光器發(fā)出的脈沖被分為兩路，第一路飛秒光脈沖經(jīng)柱透鏡聚焦后變?yōu)槠叫杏诿}沖偏振方向的線狀光斑，線狀光斑入射進晶體一硅棱鏡陣列耦合體后就基于光整流Cherenkov效應(yīng)產(chǎn)生寬頻帶的THz輻射；第二路飛秒光脈沖被時間延遲系統(tǒng)延遲后到達探測單元，用于測量THz波的時域脈沖波形，經(jīng)傅立葉變換后得到頻域中的THz光譜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光整流Cherenkov效應(yīng)的THz波產(chǎn)生裝置，其特征在于:上述基于光整流Cherenkov效應(yīng)產(chǎn)生寬頻帶的THz輻射，利用離軸拋物鏡把晶體一硅棱鏡陣列耦合體上、下兩面耦合出的THz波先進行合束后再用高萊管探測其能量；或用兩只高萊管分別測量晶體一硅棱鏡陣列耦合體上、下兩面耦合出的THz波能量。
【文檔編號】H01S1/02GK103594908SQ201310611109
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】吳斌, 史學(xué)舜, 王恒飛, 應(yīng)承平, 劉紅元, 劉長明, 王洪超 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所