[发明专利]单泵浦双输出光生太赫兹辐射方法及其产生装置

说明书

技术领域

本发明属于光生太赫兹辐射技术，具体涉及一种单泵浦双输出光生太赫兹辐射方法及其产生装置。

背景技术

太赫兹(THz)辐射通常指的是频率在0.1THz～10THz之间的电磁波，其波段在微波和远红外之间。THz电磁辐射具有非常独特的性质，它可以透过各种生物体、电介质材料以及气相物质，这些介质在THz波段具有丰富的吸收和色散性质，通过测量并分析样品的THz信号便可以获得关于材料中的物质成分和物理、化学以及生物学信息。太赫兹频域在高数据率通信、保密通信、精确制导和隐藏武器探测等方面有重要的应用。因此，太赫兹(THz)技术在国家安全、国民经济和科学研究等领域有多方面的应用前景。THz辐射源研究是THz科学技术发展和应用的重要环节，如何有效的产生高功率(高能量)、高效率且能在室温下稳定运转、宽带可调谐的小型化和实用化THz辐射源，已经成为THz技术与应用领域研究及发展的关键问题。光学THz辐射源技术是目前解决这一关键问题的主要途径和重要趋势。

传统的光学THz辐射源采用光电导开关、光整流、光学差频和光学振荡器等技术。相比之下光学差频技术(ω_THz＝ω_泵浦光-ω_信号光)可以获得更高的THz波产生，并且具有能在室温下运转、宽带可调谐和小型化潜力的优点。

目前运用光学差频产生THz波技术主要采用以下两种方案：一、需要两个光源，一个作为泵浦源另一个作为信号源，泵浦光波长与信号光波长相近但是比信号光波长略短，用这两束光在非线性晶体中差频；二、一个光源，需要一个倍频装置，将泵浦光倍频后作为一个光学振荡器的抽运源得到可调谐的与泵浦光波长相近但是波长略长的信号光，然后将两束光注入非线性晶体中完成差频过程。其中，第一种方案需要两个光源增加了结构和成本，并且每个光源的稳定性和指向性不同增加了不稳定因素；第二种方案虽然只使用一个光源，但是需要搭建倍频系统和一个光参量振荡器，同样增加结构和成本，降低了稳定性。这两类产生THz波的光学差频产生系统输出位置单一且产生的THz波长无法实时自检，不能精确控制产生的太赫兹波长，应用困难。

发明内容

本发明旨在提供一种单泵浦双输出光生太赫兹辐射方法及其产生装置，以解决现有光生太赫兹辐射技术中辐射输出位置单一、设备结构复杂、成本较高且稳定性较低的问题。

本发明的技术方案如下：

单泵浦双输出光生太赫兹辐射方法，包括以下实现步骤：

(1)泵浦源输出竖直偏振的泵浦光在同一光路上依次经过THz波参量振荡器、THz波参量发生器；所述THz波参量振荡器接收直接来自泵浦源的泵浦光，输出第一级闲频光和第一级信号光；

(2)经过THz波参量振荡器后剩余的泵浦光与所述第一级信号光在THz波参量发生器内差频；

(3)THz波参量发生器输出第二级闲频光和第二级信号光；实际上在这里，第一级的信号光在THz波参量发生器内是被放大的过程，同时产生第二级闲频光；

所述第一级闲频光和第二级闲频光即所需的两路光生太赫兹辐射输出。

考虑到波长实时准确自检，输出波长精确控制，该方法还包括步骤(4)：采样THz波参量发生器输出的第二级闲频光，与步骤(2)分出的另一部分剩余的泵浦光差频，得到的近红外光(可视为第三级闲频光，只是波长不再是太赫兹而是近红外波)转换后以电信号形式反馈控制THz波参量振荡器。实际上，也可以将第一级闲频光作为检测对象，只是其信号强度较弱，使得TWM产生的近红外光也很弱，因而难以检测变送。

上述步骤(4)的检测过程是采样第二级闲频光(一般可选取10％左右；若采样比例过大，输出太赫兹功率损失较大；若采样比例小于2％，采样信号较弱，不利于稳定准确地反馈控制)，采用一个背向相位匹配的参量下转换过程。

上述步骤(1)是采用由半波片和偏振片组成的衰减器来控制选择合适的泵浦光脉冲能量以及控制输出泵浦光为竖直偏振。

上述步骤(1)所述THz波参量振荡器输出单脉冲能量2-4mJ、波长宽范围连续可调谐纳秒脉冲光作为所述第一级信号光；该第一级信号光峰值功率设定为10⁵W量级，以增加下一级TPG的THz输出功率和实现增益饱和来提高THz波的输出稳定性。