[实用新型]紧凑型THz拉曼光纤激光器

说明书

技术领域

本实用新型属于太赫兹辐射源技术领域，具体涉及一种光纤激光器。

背景技术

一般来说，THz波的波长在0.03mm～1mm之间，相应的频率范围为0.3THz～10THz，是介于毫米波与红外光之间的电磁辐射，是电磁波谱中最后一个需要全面研究的波段。由于物质在THz波段的发射、反射和透射光谱中包含了丰富的物理和化学信息，因此THz波在物理、化学、天文、分子光谱、生命和医药科学等基础研究领域，以及医学成像、环境监测、材料检测、食品检测、射电天文、移动通讯、卫星通信和军用雷达等应用研究领域均有重大的科学研究价值和广阔的应用前景。

目前，THz波研究领域中比较重要的基本问题包括：THz波辐射源；THz波探测技术；THz波本身特性以及THz波与物质相互作用。其中，对THz波辐射源的研究是THz技术领域科技发展的核心研究内容。THz辐射源根据产生机理的不同可分为两大类：基于电子学的THz辐射源和基于光学的THz辐射源。基于光学的THz辐射源主要包括：利用超短激光脉冲产生THz辐射；利用非线性频率变换产生THz波；基于光泵气体分子产生THz激光源(简称光泵THz激光器)。与本申请最接近的技术是普通光泵THz激光器，它是采用红外激光泵浦发生器中的气体分子产生受激辐射形成THz激光，最大平均输出功率已经达到800mW(波长118μm)，光-光转换效率高达0.727％(M.S.Tobin，A review of opticallypumped NMMW lasers，Proc.IEEE，73(1)：61-85，1985)，且光束质量较好，并能够持续稳定输出，而其它的光学方法目前最大的平均输出功率仅为微瓦量级，光-光转换效率小于0.1％，因此光泵THz激光器在实现高功率太赫兹辐射方面具有很大的潜力。例如，在南极建立的移动天文站和在卫星上搭载使用的都是这种光泵THz激光器。这种激光器的基本基本组成部分是泵浦源和THz波激光发生器，优点是，输出的光束质量较好，输出功率较高，并能够持续稳定输出，缺点是由于THz波激光发生器采用较粗的石英管或大容器，仅THz波激光发生管的长度一般在2米以上，直径在30mm～50mm左右，不能弯曲，不易移动，且其支撑架也比较庞大笨重，使用十分不便，在一定程度上影响了光泵THz波激光器的实际应用领域。

近年来，人们也进行了THz波激光发生器小型化研究，主要是将THz波激光器长度变短，但变短后THz信号相对较弱，达不到使用要求，难以在科技领域广泛推广。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种输出光束质量较好，输出功率较高，并能够持续稳定输出的且体积小的THz拉曼光纤激光器。

为达到上述目的，本实用新型的THz拉曼光纤激光器由泵浦源、耦合系统和光纤组成，其中：

所述的光纤是金属镀层气芯光纤，它是在金属镀层空芯纤芯充有一定气压的THz活性气体，要求这些活性气体是吸收10μm附近激光(比如CO₂或N₂O激光器)产生THz波段辐射的气体，如，氨气NH₃或甲基氟CH₃F等，在金属镀层气芯光纤前后两端加装封帽，要求封帽端头与金属镀层空芯光纤的端头平行，前封帽材料对红外激光有较高透过率，如ZnSe或BaF₂或NaCl晶片，后封帽材料能有效地滤除中红外信号，而对THz波有良好的透过性，如聚四氟乙烯(Teflon)或聚乙烯，用于输出THz激光。

所述的的泵浦源为射频运转的CO₂或N₂O激光器，在激光器后加频率选择元件，如旋转金属光栅，可实现THz波的调谐输出；

所述的耦合系统为红外激光透镜组耦合系统，对泵浦光有80％以上的透过率，该透镜组将CO₂或N₂O激光的光腰尺寸和发散角调整为合适的参数，以提高泵浦效率。

本实用新型的工作原理是：红外激光经耦合系统耦合进入THz光纤纤芯，使纤芯激活气体发生粒子数反转，这个过程伴随较弱的自发辐射，当泵浦功率超过拉曼激光器的阈值，纤芯激活气体中就会发生受激拉曼散射，THz波在光纤内加强后经光纤输出端输出，并且还可以通过对泵浦光选线，改变泵浦光的波长，从而得到宽带可调谐的THz波输出。