[发明专利]一种基于砷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于砷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源及其应用，属于太赫兹参量源的技术领域。

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，他们均利用的晶体LiNbO₃或者MgO:LiNbO₃作为非线性转换的工作介质，可获得在0.6-3THz频率范围内可调谐的太赫兹辐射源。砷酸钛氧钾晶体的最低A1对称振动模为233.8cm^-1，该振动模同时具有红外和拉曼活性，通过角度调谐可以获得在3.5THz到6.5THz频率范围内的可调谐的太赫兹辐射源，扩展了基于LiNbO₃晶体的太赫兹参量源的太赫兹频率范围，至今还没有发现用该晶体来实现的太赫兹参量源。

发明内容

本发明提供一种基于砷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源。本发明利用砷酸钛氧钾晶体的受激激子散射过程构成的太赫兹参量源。

本发明还提供上述基于砷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源的应用。该太赫兹参量源实现了3.5-6.5THz频率范围内可调谐的太赫兹波输出。

本发明的技术方案如下：

一种基于砷酸钛氧钾晶体的太赫兹参量源，包括激光泵浦系统、太赫兹参量器件和冷却系统；所述太赫兹参量器件包括砷酸钛氧钾晶体，所述激光泵浦系统发出泵浦激光沿太赫兹参量器件照射，所述砷酸钛氧钾晶体的受激激子散射过程构成的太赫兹参量源。

根据本发明优选的，所述的太赫兹参量源的太赫兹波输出频率范围为3.5-6.5THz。

根据本发明优选的，所述太赫兹参量器件还包括太赫兹参量器件的后腔镜、太赫兹参量器件的输出镜，所述激光泵浦系统发出的激光沿太赫兹参量器件的后腔镜、砷酸钛氧钾晶体和太赫兹参量器件的输出镜依次射出。

根据本发明优选的，所述砷酸钛氧钾晶体为非线性晶体砷酸钛氧钾。由激光泵浦系统产生的激光束经过太赫兹参量器件内的非线性晶体砷酸钛氧钾，所述非线性晶体砷酸钛氧钾具有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，通过所述的太赫兹参量器件中的角度旋转台改变泵浦光入射到砷酸钛氧钾中的角度，可获得3.5THz到6.5THz频率范围内的可调谐的太赫兹参量源。

根据本发明优选的，所述非线性晶体砷酸钛氧钾的晶体的切割方向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。

根据本发明优选的，所述非线性晶体砷酸钛氧钾的晶体的切割方向如图1所示，x，y，z分别表示砷酸钛氧钾晶体的x轴，y轴和z轴方向，太赫兹出射面与非线性晶体砷酸钛氧钾的晶体x轴的切割角度φ₁的范围为-45°到-15°。入射泵浦激光和受激激子散射过程中产生的Stokes光在太赫兹出射面上发生全反射，而太赫兹波可以垂直或者近于垂直于该表面输出，晶体长度为l，宽度为d，厚度为h，l与d的大小满足l+d/tanφ₁<-d/tanφ₁<l，晶体的宽度d和厚度h可根据泵浦光斑大小来选择。

根据本发明优选的，所述的非线性晶体砷酸钛氧钾的两端面均镀有增透膜。增透膜的波长范围可根据选用的泵浦源的波长来决定；在太赫兹波出射面做抛光处理。

根据本发明优选的，所述的太赫兹参量器件的后腔镜镀有在Stokes波段的高反膜。使所述的太赫兹参量器件的输出镜的镀膜在Stokes波段具有一定的透过率。

根据本发明优选的，所述的非线性晶体砷酸钛氧钾的晶体的切割方向θ=90°，φ的取值范围为-10°到+10°，所述θ是泵浦激光与非线性晶体z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；厚度为h，晶体长度l，宽度d，厚度h可根据实际需求和泵浦激光光斑的面积来选择。

所述的太赫兹参量器件还包括太赫兹波耦合部件，所述的太赫兹波耦合部件是硅材料棱镜，所述硅材料棱镜与非线性晶体的的xz面无缝隙接触。棱镜的数量和尺寸大小可根据非线性晶体的尺寸大小决定。