[发明专利]一种基于镱锗共掺微结构光纤窄线宽双波长激光器的太赫兹波源

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹技术领域,特别是一种太赫兹波的发生装置，可以方便地产生可调谐太赫兹波，在成像、国防等领域具有广阔的应用前景。

背景技术

太赫兹辐射是指频率在0.1THz~10THz之间，介于毫米波与红外光波之间的电磁辐射区，它填补了电磁辐射谱在毫米波与红外光谱之间的空白。近年来，太赫兹这一特殊波段在军事侦察、识别，无线通信，反恐辑毒、医学成像等方面取得了很大的研究进展，且在物理学、材料科学、天文学、生物医学、信息科学、国防等领域表现出广阔的应用前景。太赫兹波源及太赫兹辐射是太赫兹科学的关键技术之一，也是限制其发展的主要因素。

太赫兹波可以通过电子学和光子学两种方法获得。在电子学方面有返向波管、耿式二极管振荡器等，利用电子的振荡产生太赫兹波。在光子学方面可以通过飞秒激光脉冲激发光电导天线、非线性晶体或空气等离子体、功率脉冲激光差频或太赫兹参量振荡器、半导体级联量子阱激光器等获得太赫兹波。

然而基于飞秒激光脉冲的太赫兹的辐射源体积庞大，造价昂贵，而且世界上只有少数机构掌握相关制造技术。另一类很有发展前景的连续波辐射源是半导体太赫兹激光器和量子级联激光器，但是为了降低热弛豫对粒子数反转的影响，这两种半导体激光器都必须工作于极低温环境中。因此近年来室温环境下连续可调谐的太赫兹波源逐渐成为太赫兹技术领域的研究热点。目前，通过两个波长不同的激光器进行光子混频获得连续可调的太赫兹波已被证明可行，并有相关研究成果报导，然而其对外界温度很敏感，因而输出的太赫兹波很不稳定，此外两个不同波长的激光器不易达到空间模式匹配的条件。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述问题，提供一种结构紧凑、调节方便、可靠性高的基于镱锗共掺微结构光纤窄线宽双波长激光器的太赫兹波源。

本发明提供的基于镱锗共掺微结构光纤窄线宽双波长激光器的太赫兹波源，包括基于镱锗共掺微结构光纤的窄线宽双波长光纤激光器、掺镱光纤放大器、二维调节架、薄透镜、GaSe棒状波导及连接用光纤；窄线宽双波长光纤激光器通过普通单模光纤与掺镱光纤放大器连接，输出端置于二维调节架上，调节二维调节架使放大器输出端与薄透镜中心和GaSe棒状波导共线，由GaSe棒状波导的后端面输出太赫兹波。

所述的基于镱锗共掺微结构光纤的窄线宽双波长光纤激光器包括：泵浦光源、波分复用耦合器、两个二维调节架、两个压电陶瓷片、两个声放大器、写制有两个相同倾斜布喇格光栅的镱锗共掺微结构光纤、吸声装置、信号发生器、普通单模光纤和普通金属导线；写制有两个相同倾斜布喇格光栅的镱锗共掺微结构光纤的中间（中点位置）设置有吸声装置，微结构光纤的两端各连接一个声放大器，声放大器的底部用有机胶粘于压电陶瓷片上，两个压电陶瓷片分别经导线连接信号发生器的两极，两个压电陶瓷片的另一面分别粘于二维调节架上，用二维调节架夹持并拉紧镱锗共掺微结构光纤，而镱锗共掺微结构光纤的一端依次穿过压电陶瓷片中心和圆锥形声放大器顶端，并与普通单模光纤连接作为光纤激光器的输出，镱锗共掺微结构光纤的另一端依次穿过另一压电陶瓷片中心和圆锥形声放大器顶端并经普通单模光纤与波分复用耦合器连接，波分复用耦合器另一侧的两个端口中的一个连接泵浦光源，另一个作为抑制反射端。

所述倾斜布喇格光纤光栅的布喇格波长为1060nm~1068nm。窄线宽双波长光纤激光器的谐振腔由写制于镱锗共掺微结构光纤上的两个相同的倾斜布喇格光纤光栅构成，窄线宽双波长光纤激光器的谐振腔的腔长为2cm~5cm。

所述窄线宽双波长光纤激光器的选模器件为施加有声波调制的两个相同倾斜布喇格光纤光栅；窄线宽双波长光纤激光器的增益介质为镱锗共掺的微结构光纤。通过改变施加声场的频率可以改变输出太赫兹波的频率，通过对微结构光纤填充或涂敷功能性材料可以实现太赫兹频率的可调谐输出。

太赫兹波的产生原理：

利用信号发生器向压电陶瓷片施加正弦电压，压电陶瓷片产生周期性振动并通过圆锥形声放大器放大并耦合至写制于镱锗共掺微结构光纤上的倾斜布喇格光纤光栅中。泵浦光入射到微结构光纤中，掺杂的镱离子吸收泵浦光产生1064nm左右的荧光，至施加声场后的倾斜布喇格光栅时，布喇格波长的光被反射。另外，经倾斜布喇格光栅作用后的一部分纤芯模发生反向耦合，经声场调制又重新耦合入纤芯中。

当入射光入射至倾斜布喇格光栅时，波长满足（2）式的光纤基模能够反向耦合至高阶包层模式：