[发明专利]一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器及其应用，属于振荡器的技术领域。

背景技术

受激激子散射是一种产生太赫兹辐射的重要技术，通过某些晶体的受激激子散射可以获得可见，近红外，以及太赫兹波段的连续可调谐激光。与其他技术的太赫兹源，如光整流、量子级联激光器、以及电学的太赫兹源相比，这种基于受激激子散射的太赫兹参量源具有可封装集成、室温工作、使用方便、便于调谐、线宽窄等优点。太赫兹参量源一直是太赫兹产生领域的研究热点之一。现国内外已经有大量关于太赫兹参量源的报道，他们主要利用的晶体LiNbO3或者MgO:LiNbO3作为非线性转换的工作介质，这些参量源的耦合方式一般都是光栅耦合、硅棱镜、硅棱镜阵列耦合以及单点的垂直表面发射的耦合方式。基于单点的垂直表面发射的耦合方式获得的太赫兹辐射光束具有很好的光束质量，但只有单点输出，在其他相互作用区域产生的太赫兹辐射均被晶体吸收。因此能否通过对非线性晶体结构的改进以获得多点的表面垂直发射的太赫兹波束，成为本领域所亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，该振荡器克服现有技术中耦合效率很低，通过对非线性晶体结构的合理设计，以获得多点的表面垂直发射的太赫兹波束，大大提高了太赫兹波输出的耦合效率，使得耦合效率提高2-4倍。

本发明还公开了所述多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，包括激光泵浦系统和Stokes激光振荡器，所述的Stokes激光振荡器包括后腔镜、输出镜和非线性晶体，由激光泵浦系统产生的激光束经过谐振腔内的非线性晶体，所述非线性晶体的拉曼与红外活性振动模，产生受激激子散射，产生非线性参量过程：获得0.6-3.0THz的太赫兹波。本发明所述的太赫兹参量源在非线性晶体侧面的多点处垂直或者近于垂直耦合输出。

根据本发明优选的，所述非线性晶体，所述的非线性晶体为MgO:LiNbO₃或者LiNbO₃，所述非线性晶体的切割方向θ=90°，φ为任意角度，所述θ是泵浦激光与非线性晶体z轴，z轴即光轴的夹角，φ为非线性晶体x轴与非线性晶体侧面的夹角，非线性晶体的长度为l，非线性晶体的宽度为d，太赫兹出射点数为N，l-d/tan25°<N·d/tan25°<l，其中N=2,3,4,…n+1,n为自然数；沿非线性晶体的z轴方向，在非线性晶体的的端面与侧面的夹角分别为65°和115°，两端面与两侧面均抛光，沿着非线性晶体z轴视图，所述非线性晶体为平行四边形，其中太赫兹出射点数为N=2,4,6,…2n,n为自然数；或者所述非线性晶体为等腰梯形，其中太赫兹出射点数为N=3,5,7,…2n+1,n为自然数。

根据本发明优选的，所述的非线性晶体MgO:LiNbO₃或者LiNbO₃的两端面均镀有1000nm－1100nm波长的增透膜。本发明中的所有非线性晶体的长度以及在z方向上的厚度均可以根据具体要求进行选取。

根据本发明优选的，所述的基于受激激子散射的多点表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，所述的太赫兹参量振荡器输出的太赫兹辐射波的频率是可连续调谐的，通过调整泵浦光与Stokes激光在非线性晶体外的出射角度范围为0.5-3.0°，以获得调谐范围为0.6-3.0THz。所述Stokes激光为受激激子散射过程中产生的与泵浦光频率相近的光束。

根据本发明优选的，所述的谐振腔中的后腔镜镀有泵浦光波段的增透膜和1000nm－1100nm波段的高反膜；输出镜镀有1000-1100nm波段的高反膜。此处所述高反膜，其反射率大于95％，并且该膜对波长为1.07微米的光具有一定的透射率，此处所述一定的透过率范围为0.01%～99.99%。

根据本发明优选的，所述激光泵浦系统为LD泵浦的连续激光系统、准连续的重复频率为100Hz-100kHz的脉冲激光系统、闪光灯泵浦或者LD泵浦的低重频的1-100Hz的激光系统；所述激光泵浦系统的泵浦功率密度≥20MW/cm²。

所述的LD泵浦的连续激光系统，包括激光二极管LD泵浦源、激光增益介质、激光谐振腔，激光谐振腔由后腔镜和输出镜组成；后腔镜为高反镜，输出镜可以为高反镜也可以具有一定透过率。