[发明专利]基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置及方法

权利要求书

1.一种基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置，其特征在于，包括：飞秒激光器、第一薄膜分束镜片、种子太赫兹波产生装置、第一延迟线和极性分子腔室；

所述飞秒激光器产生的飞秒激光经所述第一薄膜分束镜片分束后得到第一路飞秒激光信号和第二路飞秒激光信号；

所述极性分子腔室内设置有喷嘴，所述喷嘴用于喷射极性分子；

所述第一路飞秒激光信号经所述第一延迟线进行延迟处理后进入所述极性分子腔室，注入所述喷嘴喷射的极性分子，激发极性分子的诱导偶极矩与激光场发生相互作用，使得分子发生相干转动跃迁，生成极性分子的相干转动波包；

所述第二路飞秒激光信号经所述种子太赫兹波产生装置处理后产生种子太赫兹波，产生的种子太赫兹波进入所述极性分子腔室，辐照所述极性分子的相干转动波包，获得太赫兹光频梳；

其中，所述极性分子腔室，包括：第一窗口、第二窗口、第三窗口、第二光路聚焦器件和第三光路聚焦器件；所述第一窗口位于所述极性分子腔室的左侧，用于透过所述第一路飞秒激光信号，并经所述第二光路聚焦器件聚焦后，注入所述喷嘴喷射的极性分子，激发极性分子的诱导偶极矩与激光场发生相互作用，使得分子发生相干转动跃迁，生成极性分子的相干转动波包；所述第二窗口位于所述极性分子腔室的左上方，用于透过所述种子太赫兹波，并经所述第二光路聚焦器件聚焦后，辐照所述极性分子的相干转动波包，得到所述太赫兹光频梳；所述第三窗口位于所述极性分子腔室的右下方，将所述太赫兹光频梳经所述第三光路聚焦器件处理后输出。

2.根据权利要求1所述的基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置，其特征在于，所述种子太赫兹波产生装置包括：光路调控器件和第一光路聚焦器件；

所述光路调控器件，用于对所述第二路飞秒激光信号进行光路调控，产生偏振平行的、时间重合的、相对相位可调节的双色激光场；

所述第一光路聚焦器件，用于对所述双色激光场进行聚焦产生等离子体获得太赫兹宽谱辐射，所述太赫兹宽谱辐射即为所述种子太赫兹波。

3.根据权利要求2所述的基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置，其特征在于，所述光路调控器件，包括：依次设置的光学倍频晶体、色散补偿晶体、光楔对和偏振调节晶体；

所述第二路飞秒激光信号通过所述光学倍频晶体后得到倍频出射光，所述倍频出射光的偏振方向垂直于所述第二路飞秒激光信号，且所述倍频出射光的中心波长是所述第二路飞秒激光信号中心波长的一半；

所述色散补偿晶体用于对所述第二路飞秒激光信号和所述倍频出射光提供负色散补偿；

所述光楔对，由两片构造相同的光楔组成，用于对所述第二路飞秒激光信号和所述倍频出射光提供正色散，改变透射距离改变双色激光场的正色散，对双色激光场的相对相位进行控制；

所述偏振调节晶体，由双波长波片实现，通过所述偏振调节晶体使得所述第二路飞秒激光信号和所述倍频出射光沿同一偏振方向震荡。

4.根据权利要求1所述的基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置，其特征在于，所述第一窗口为石英窗口，所述第二窗口和所述第三窗口为高阻硅窗口、聚乙烯窗口或聚丙乙烯窗口。

5.根据权利要求1所述的基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置，其特征在于，所述极性分子腔室为真空腔室。

6.根据权利要求1所述的基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置，其特征在于，所述极性分子为极性的双原子或者多原子线性分子，其分子转动跃迁能量在太赫兹量级。

7.根据权利要求1所述的基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置，其特征在于，所述喷嘴采用连续喷嘴或者与所述飞秒激光器同步的脉冲式超音速喷嘴。

8.根据权利要求1～7任一项所述的基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置，其特征在于，还包括：太赫兹光频梳信号探测装置，用于利用所述飞秒激光器产生的飞秒激光与产生的太赫兹光频梳本身具有的相位锁定关系，通过电光采样原理对产生的太赫兹光频梳进行探测，获得太赫兹光频梳的时域波形。