[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

说明书

本发明提供了一种基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置及方法，装置包括：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；极性分子腔室内设置有喷嘴，喷嘴用于喷射极性分子；飞秒激光信号经第一延迟线进行延迟处理后进入极性分子腔室，注入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，生成极性分子的转动波包；飞秒激光信号经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极性分子腔室，辐照极性分子的转动波包，获得太赫兹光频梳。本发明利用极性分子的相干转动来获得太赫兹光频梳，开辟了一种获取太赫兹光频梳的全新思路。

技术领域

本发明涉及光学频率梳技术领域，具体涉及一种基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置及方法。

背景技术

太赫兹波是指频率处在0.1～10THz、波长处在0.03～3mm范围内的电磁辐射。太赫兹频率介于红外激光与微波之间，在无损检测、光谱分析、目标成像以及空天通信等方面展示出广阔的应用前景。太赫兹领域在近年来发展迅速，但是该领域目前的发展主要受限于光源以及探测器的开发与研制上，特别是在太赫兹频率的光频梳的产生在成像、表征、快速检测以及高精度测量方面等具有极大的研究潜力和应用价值。

光学频率梳是继激光之后的一种新型的稳定光源，在频谱上具有等间距的光辐射，已被广泛应用于超高精度检测、化学成分快速探测、光学通讯与传感以及长距离通信等方面。光频梳可以被作为频率上的尺子，对激光、原子、以及气体物理开展精确的测量。光频梳的产生方式决定了得到所探测的最小时间精度。通常，需要对极宽频谱的不同颜色的谱线进行锁模，获得同步驱动的频率，这些同步的频率范围越宽，所组成的光频梳时间分辨率越高，而制备这种相干宽频的光源是困难的。

目前，光频梳的产生方法主要包括微环谐振腔、高阶非线性光纤、F-P谐振器、光电振荡器等方式，而在太赫兹频段的光频梳的开发仍具有挑战性。目前，基于调制器的太赫兹光频梳产生方法以及基于量子级联激光器的太赫兹光频梳方法已经被相继提出，但是前者的频率远超0.1～10THz的通常定义范围，更接近于红外光波段(100太赫兹及以上)，而后者依赖于接近于绝对零度或者低温环境的量子级联激光器，同时其高次阶的太赫兹辐射效率较低。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供了一种基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置及方法。

具体地，本发明提供了以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于极性分子相干转动的太赫兹光频梳产生装置，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转动波包，获得太赫兹光频梳。

进一步地，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。