[发明专利]基于超声光栅移频和循环移频的宽带调谐太赫兹波发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽带调谐太赫兹波发生器，特别涉及一种基于超声光栅移频、循环移频和拍频原理的宽带调谐太赫兹波光源。

背景技术

太赫兹(THz，1THz＝10¹²Hz)波是指工作频率处于0.1～10THz范围内的电磁波。太赫兹波之所以能引起科学工作者浓厚的研究兴趣，并不是因为它神秘而鲜为人知的电磁辐射，更主要是因为它具有很多独特的性质，正是这些独特的性质赋予了太赫兹科学广泛的应用前景。太赫兹波的独特的性质主要表现在：透视性、安全性、光谱分辨本领。太赫兹辐射对很多介电材料和非极性的液体有良好的穿透性，因此可以对非透明物体进行透视成像，另外由于太赫兹的波长大于空气中悬浮烟雾颗粒的尺度，瑞利散射损耗极小，所以能较好地穿透烟尘和浓雾，是火灾救护或风尘环境监测中成像的理想光源。相比X射线具有千电子伏的光子能量，太赫兹辐射的光子能量只有毫电子伏，该能量比各种化学键的键能都低，所以不会发生电离反应，即不会破坏化合物分子结构，因此可以应用到安检和生物检测等场所，这是太赫兹的安全性的体现，大量的分子，尤其是有机分子的振动和转动的跃迁谱，均处于太赫兹频谱范围内，因而可以利用光谱分辨率特性实现物体形貌和组成成分的分析。

由于太赫兹波具有上述重要的应用前景，目前国际上已有多个小组开展了相干太赫兹波领域的科学研究工作，尤其是关于可调谐相干太赫兹波的产生方面的研究。在韩国，N.J.Kim小组于2009年实现了基于双波长分布式反馈激光二极管(Distributed Feedback Laser Diodes，DFB LDs)泵浦的可调谐连续波太赫兹辐射，并于2010年将太赫兹波的调谐宽度扩大到0.5THz。在加拿大，S.L.Pan小组于2009年实现了基于双波长掺饵光纤激光(Erbium-Doped Fiber Laser，EDFL)的可调谐微波信号输出。在美国，Y.J.Ding小组于2010年实现了基于双波长差频(Difference Frequency，DF)产生了紧凑、便携式太赫兹辐射源，其体积可以缩小到30.48×15.24×10.16cm³，唯一不足的是：不可调谐。在德国，波恩大学的I.Breunig小组从2007年至2010年期间不断完善基于内腔光学参量振荡器(Internal Cavity Optical Parametric Oscillator，ICOPO)的可调谐太赫兹波产生方案，最终其调谐宽度达到2THz，但加热炉的温度稳定性成为影响准相位匹配(QPM)的关键问题。在法国，法国科学研究中心(CNRS)的J.Mangeney小组最近几年一直致力于利用某些非线性材料(如In_0.53Ga_0.47As)的光混合器(PM)产生可调谐连续太赫兹波的研究，最大调谐宽度为0.9THz。在日本，H.Ito小组利用UTC-PD(Uni-Traveling-Carrier Photodioed)光混合器实现了连续太赫兹波的产生，最高频率可以达到1.5THz。

获得太赫兹波的方式很多，原理也各异，目前产生可调谐相干太赫兹波的方式大致可以分为三大类。第一类是基于双波长泵浦源研究和设计的可调谐相干太赫兹辐射；第二类是泵浦源波长固定，基于非线性级联过程的ICOPO产生太赫兹波的研究和设计。第三类是基于PM的可调谐太赫兹辐射源。对于第一类而言，目前主要涉及基于DFB LDs、EDFLs、DF双波长泵浦源的可调谐相干太赫兹辐射源研究和设计。利用DFB LDs产生的太赫兹调谐范围较窄，一般不到0.5THz；利用EDFLs方式产生的太赫兹调谐范围虽然可以达到0.5THz，但其结构相当复杂；而利用DF方式产生的太赫兹调谐范围虽然较宽，可以达到20THz，但这种方式的太赫兹辐射源装置相当庞大，尽管2010年，Y.J.Ding实现了30.48×15.24×10.16cm³紧凑的太赫兹辐射源，然而却不可调谐。对于第二类而言，虽然目前其调谐宽度可以达到2THz，但由于温度稳定性原因，满足准相位匹配条件并不是件容易的事，从而使得调谐效率较低。对于第三类而言，目前最高调谐宽度为0.9THz，显然其调谐宽度较窄。

总之，上述方法或调谐宽度较窄，或体积庞大，或调谐效率低，或转换效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种紧凑、便携，易于集成，宽调谐且调谐效率高的宽带调谐太赫兹发生器。