[发明专利]基于罗兰圆的快速调谐太赫兹参量振荡辐射源装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太赫兹参量振荡辐射源。特别是涉及一种基于罗兰圆的快速调谐太赫兹参量振荡辐射源装置及方法。

背景技术

太赫兹(Terahertz，简称THz，1THz＝10¹²Hz)辐射源是THz领域科技发展的关键核心技术，它是指频率从100GHz到10THz，相应的波长从3毫米到30微米，介于毫米波与红外光之间频谱范围相当宽的电磁波谱区域。由于其在电磁波谱中所处的特殊位置，具有一系列特殊的性质。特别是可快速调谐、高功率、窄线宽的THz相干辐射源在材料科学、固体物理、分子分析、大气探索、生命科学、化学气体追踪、材料测试、食品检测等国民和国防安全等领域具有广泛的应用价值。

基于受激电磁耦子散射的太赫兹参量振荡(Terahertz Parametric Generation/Terahertz Parametric Oscillator，简称TPG/TPO)技术是获得相干可调谐THz辐射源的主要方法之一。TPO的原理是基于铁电晶体的受激拉曼极化声子散射机理，当泵浦足够强时，入射的近红外的泵浦光子与晶体中同时具有红外和拉曼活性的A1对称最低光学软模发生作用，激发出一个频率相近的近红外Stokes光子，同时产生受激电磁耦子，导致THz波的产生。目前多采用外腔泵浦TPO/TPG和种子注入技术，只需要一个固定波长的泵浦光，在非线性相位匹配条件下，通过改变泵浦光与Stokes光的角度，则可以实现THz波的可调谐输出。常采用的调谐方式包括改变泵浦光的入射角度和旋转Stokes光谐振腔两种方式。当固定Stokes光谐振腔，改变泵浦光的入射角度时，可以实现太赫兹波输出频率的快速调谐，但入射光入射到非线性晶体中的位置会发生一定的变化，这就导致泵浦光与Stokes光在非线性晶体中的互作用位置发生改变，从而影响了THz波的输出功率和转换效率，并且对THz波的收集探测产生一定的影响。当固定泵浦光的入射方向，改变Stokes整个谐振腔的角度实现调谐时，由于需要同时旋转Stokes光谐振腔镜和铌酸锂晶体，这就需要整个平台旋转移动，调谐速度较慢，难以满足实际应用的需要。

为了提高THz波的输出功率与光束质量，采用THz波垂直铌酸锂晶体表面发射腔结构可以有效的减少铌酸锂晶体对产生THz波的吸收，但该方案采用旋转整个Stokes谐振腔实现调谐，未能同时满足高功率输出(能够实现室温探测)与频率快速调谐的需求，存在着耦合泵浦难度大、调谐速度慢等缺点，制约了其在科研领域、国防安全的实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够实现快速连续调谐的高功率THz波输出，并能够在室温下稳定运转，实现室温探测的基于罗兰圆的快速调谐太赫兹参量振荡辐射源装置及方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于罗兰圆的快速可调谐太赫兹参量振荡辐射源装置，包括有激光器和接收激光器出射光的由聚焦凸透镜和聚焦凹透镜组成的聚焦透镜组，还设置有：

掺氧化镁铌酸锂晶体，为等腰梯形结构，用于输出不同频率的太赫兹波；

第一泵浦光高反镜和第二泵浦光高反镜，依次设置在所述聚焦透镜组的出射光路上，用于将聚焦透镜组输出的泵浦光送入到掺氧化镁铌酸锂晶体内；

环形腔参量振荡器，用于使掺氧化镁铌酸锂晶体输出不同频率的太赫兹波，包括有依次设置并与所述的掺氧化镁铌酸锂晶体共同形成环形光路的第一环形腔腔镜、可旋转电控振镜、第二环形腔腔镜和第三环形腔腔镜，其中，所述的第一环形腔腔镜位于第二泵浦光高反镜和可旋转电控振镜的反射光路上，所述的第三环形腔腔镜位于通过掺氧化镁铌酸锂晶体的泵浦光反射光路和掺氧化镁铌酸锂晶体的Stokes光出射光路上，所述的第二环形腔腔镜位于第三环形腔腔镜的反射光路上，所述的可旋转电控振镜位于第二环形腔腔镜的反射光路上；

激光接收器，设置在环形腔参量振荡器中第二环形腔腔镜的出射光路上，用于接收第二环形腔腔镜的透射光；

计算机，通过数据采集卡连接环形腔参量振荡器中的可旋转电控振镜，用于控制可旋转电控振镜上的电压，达到改变可旋转电控振镜的旋转角度，从而使掺氧化镁铌酸锂晶体输出不同频率的太赫兹波。

所述的激光器为掺钕钇铝石榴石Nd:YAG调Q激光器，输出波长为1064nm，脉宽为ns量级，偏振态为沿z轴方向偏振的线偏振光。

所述的第一泵浦光高反镜和第二泵浦光高反镜均镀1064nm高反膜。