[实用新型]基于光声效应稳定光泵气体THz激光器输出的稳频装置

说明书

技术领域：

本实用新型属于太赫兹(THz)激光器技术领域，具体涉及一种基于光声效应来实现稳定光泵气体THz激光器输出功率和频率的稳频装置。

背景技术：

太赫兹波是指频率为100GHz--10THz的电磁辐射(1THz—1012GHz)，因为太赫兹处于电磁波段中特殊的位置，与其它波段的电磁波相比具有许多独特的性能，如瞬时性、低能性、宽带性、非极性物质极强穿透力等，THz波目前在生物医学领域、国防军事通讯、安检无损检测等都有广泛的应用。近十年的研究表明它有非常重要的学术和应用价值，使得全世界各国都给予极大的关注，积极开发THz技术及其应用。

在太赫兹成像、雷达探测、相干通信等许多应用领域中，太赫兹激光器输出功率和输出频率的稳定性一直是影响其应用性能的关键指标。

光泵太赫兹(THz)辐射源是目前各类太赫兹辐射源中应用较为成熟的一种，其基本原理是用一台中红外激光器的输出激光抽运工作物质，由于工作物质的能级跃迁频率处于太赫兹波段范围，因而可以形成太赫兹波受激辐射。通过选择合适的工作物质、寻找新的能级跃迁谱线，即可基本覆盖整个太赫兹波段。然而，光泵太赫兹辐射源也存在输出功率和频率稳定性较差的问题，致使其应用性能受到影响。为了实现气体太赫兹输出功率和频率的高稳定性，首先就要确保泵浦源的输出频率稳定在气体太赫兹源气体工作介质的吸收峰处。目前，稳定泵浦源输出频率的方法及装置较多，如兰姆凹陷稳频法、相位调制光外差稳频法、光声稳频法等。其中，所述兰姆凹陷稳频是利用非均匀加宽线性增益曲线的烧孔效应，以增益曲线中心频率作为参考标准频率实现稳频的；这种方法的稳频装置虽然比较简单，但在应用中存在一定的局限，频率复现性较差。所述相位调制光外差稳频法，是利用光学谐振腔的共振频率作为参考频率，但是其装置结构复杂，且法布里-珀罗(F-P)腔具很容易受外部影响；因而其应用也受到限制。所述光声稳频是基于气体的光声效应，使泵浦源工作在光声样品气体的最大吸收峰处，传统的光声探测是使用一个独立的光声密闭腔来进行探测的，其光声密闭腔内气体吸收光能后发生无辐射跃迁，致使吸收介质的温度升高，从而导致光声密闭腔内气压发生变化，进而产生声振动；当泵浦光存在频率漂移时，产生声振动的声压信号会发生变化，通过检测声压信号的变化即可对泵浦光的频率稳定性及其频率漂移等进行探测，并通过反馈控制激光器的腔长，即可稳定泵浦激光器输出功率和频率。

发明内容：

本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的缺陷和不足，提供一种基于光声效应来实现稳定光泵气体THz激光器输出功率和频率的稳频装置。该装置能够显著稳定气体THz激光器的泵浦源的输出功率和频率，并指示泵浦激光频率与THz激光器谐振腔内工作气体的吸收峰位置是否处于最佳匹配，以实现光泵气体THz激光器输出功率和输出频率的稳定。进而使光泵气体THz激光器输出功率和输出频率具有更高的稳频精度、更快的响应速度，而且更适用于光泵气体THz激光系统。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术措施构成的技术方案来实现的。

本实用新型设计的基本思路是：提出通过在光泵气体THz激光器的基础上添加一光声探测装置；用添加的光声探测装置探测其工作气体吸收泵浦激光所产生的光声信号，进而根据光声信号的变化情况；利用反馈控制系统控制泵浦激光器和THz激光器腔内的压电陶瓷(PZT)，以调节泵浦激光器和THz谐振腔的腔长，从而实现泵浦激光器输出激光的稳定，使泵浦激光频率与THz激光器工作气体的吸收峰位置处于最佳匹配状态；进而提高泵浦效率，并获得高稳定的THz激光输出功率和输出频率。本实用新型将传统光声腔与THz谐振腔合二为一，不仅简化了实验装置，且稳频效果好。

本实用新型提出的基于光声效应稳定光泵气体THz激光器输出稳频装置，包括泵浦激光器、红外探测器，THz谐振腔、THz功率计、分束器、光声探测装置、激光器电源、由锁相放大器、第一PZT驱动器、第二PZT驱动器和计算机构成的反馈控制系统；其中，所述THz谐振腔包括ZnSe窗口，第一PZT，凹面镀金全反镜，THz激光输出镜，抽充气接口；所述泵浦激光器谐振腔包括光栅，第一全反镜和第二全反镜，第二PZT，输出镜；

所述泵浦激光器输出的激光通过分束器分为两路，一路垂直入射到红外探测器，另一路则进入THz谐振腔中；THz谐振腔中光声探测装置的信号线与反馈控制系统中锁相放大器的信号通道连接；锁相放大器的信号输出端通过信号线与计算机连接；计算机还分别连接第一PZT驱动器和第二PZT驱动器用以分别控制第一PZT和第二PZT。