[发明专利]泵浦光复用高效产生高功率太赫兹辐射脉冲源

说明书

技术领域

本发明涉及一种泵浦光复用高效产生高功率太赫兹辐射脉冲源，属于太赫兹(THz)辐射技术。

背景技术

太赫兹波(又称THz波)是指频谱范围为0.1-10THz(1THz＝10¹²Hz)的电磁波。早在上世纪20年代，科学家就提请人们关注THz波。历史上，人们只是在天文学领域(用于探测宇宙大爆炸的辐射背景)和激光等离子体诊断中了解THz波。1981年，飞秒激光的诞生，为THz辐射脉冲的产生提供了理想的泵浦光源；接着又发明了基于飞秒激光的THz时域频谱技术(THz-TDS)。该技术能同时探测电磁波的相位和振幅信息。THz辐射脉冲的问世，将THz波的绚丽前景展现于人类面前。国际上极具影响力的网络刊物“The VirtualJournal of Terahertz Science and Technology”，自2001年1月至2008年4月收录了包括Nature在内的国际重要刊物上发表的关于THz科学技术的学术论文1000余篇，其中50％的论文涉及THz辐射脉冲及THz-TDS，THz辐射脉冲及THz-TDS已成为人类在物理、化学等基础学科研究领域，以及材料科学、生物医学、通讯技术等广阔应用科学领域重要技术手段。光子学手段产生THz波，由于光频为10¹⁵，而THz波为10¹²，所以其理论极限的量子效率也不过为1/10000。因此，现行的THz辐射脉冲系统的THz辐射平均功率极低(一般在纳瓦，10^-9W，级)。THz辐射脉冲系统的极低的辐射功率极大制约了当前THz波科学技术发展。提高超快THz辐射源的脉冲能量是克服瓶颈效应，促进发展的关键。

目前，提高THz辐射脉冲能量有几种途径：(1)采用自由电子激光器；(2)利用高功率飞秒激光激发大口径光电导开关：(3)采用高功率飞秒激光激发大面积非线性晶体产生THz辐射脉冲。虽然自由电子激光可产生10-100μJ的超快THz辐射脉冲，但其体积庞大，使其普及应用受到极大限制；采用高功率飞秒激光激发大口径光电导开关，其辐射的中心频率仅在0.5THz处；采用钛宝石飞秒激光放大器为激发光源，可产生nJ级的THz脉冲，但泵浦源体积庞大且十分昂贵；采用高平均功率光纤飞秒激光为激发源，能产生pJ超快THz辐射脉冲，但系统的总体效率仍然很低。

对于光泵浦的THz辐射脉冲源，设法提高其总体辐射效率是提高系统的辐射脉冲能量的关键。

发明内容

本发明旨在提出一种泵浦光复用高效产生高功率太赫兹辐射脉冲源。该太赫兹辐射脉冲源结构简单，产生的太赫兹辐射脉高效高功率。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种泵浦光复用高效产生高功率太赫兹辐射脉冲源，该太赫兹辐射脉冲源包括：高功率光子晶体光纤飞秒激光放大器1，它输出的大量光功率注入泵浦光束脉冲波面倾斜器兼用色散补偿器2，极少的光注入复用腔腔长匹配控制系统5，泵浦光束脉冲波面倾斜器兼用色散补偿器2输出的泵浦光注入泵浦光复用腔3，泵浦光复用腔3通过复用腔腔长调节器4调节其长度，泵浦光复用腔腔长调节器4的指令信息来自泵浦光复用腔腔长匹配控制系统5，太赫兹辐射脉冲发射器6置于泵浦光复用腔，所述的光子晶体光纤飞秒激光放大器1的工作波长1.04μm，脉冲重复率大于50MH，输出平均功率大于10W，其特征在于：

上述泵浦光束脉冲波面倾斜器兼用色散补偿器2采用600～1200线/mm的反射式光栅，两光栅平行放置，两光栅之间间距2～4cm。

上述泵浦光复用腔腔长匹配控制系统包括快速光电二极管、频谱分析仪和计算机构成。

上述泵浦光复用腔腔长调节器为压电陶瓷驱动的微位移平台和背向反射镜组组成。

上述泵浦光复用腔内设置四棱柱sLN非线性晶体太赫兹辐射脉冲发射器，太赫兹辐射脉冲发射器相邻两侧设置二分之一波片P₁、P₂，每个二分之一波片的外侧设置伽利略望远镜3-1-2、3-1-3，两个伽利略望远镜的目镜相对，泵浦光复用腔内还设置太赫兹辐射脉冲发射器所引入的正色散的色散补偿器3-2，该色散补偿器由两对棱镜对构成，两个伽利略望远镜的注入和输出泵浦光路与色散补偿器光路之间光路上还设置折转反射镜和背向反射镜组。

上述注入泵浦光伽利略望远镜的反射物镜的曲率半径为1200mm，口径为30～50mm。目镜的焦距取7～10mm；输出泵浦光的伽利略望远镜的反射物镜的曲率半径为1000mm，口径为30～50mm，目镜焦距为5～7mm。