[实用新型]一种提高太赫兹参量振荡源测量稳定性的装置

说明书

本实用新型公开了一种提高太赫兹参量振荡源测量稳定性的装置，包括激光器、太赫兹参量振荡器、太赫兹探测器、斯托克斯光探测器、光束收集器、样品、数据采集卡、计算机和折射率渐变镜，太赫兹参量振荡器包括非线性晶体和斯托克斯光谐振腔，激光器产生泵浦光经过折射率渐变镜入射至太赫兹参量振荡器，一部分泵浦光通过光束收集器收集，另一部分泵浦光基于受激电磁耦子散射作用产生斯托克斯光和太赫兹波。本实用新型利用了太赫兹参量过程中斯托克斯光和太赫兹的稳定性呈正比关系的特点，将斯托克斯光作为太赫兹波的参考光，从而消除太赫兹参量源不稳定性所带来的测量误差。

技术领域

本实用新型涉及非线性光学频率变换领域，特别是涉及基于斯托克斯光(Stokes)自参考技术(Self–reference)提高太赫兹参量振荡源测量稳定性的装置。

背景技术

太赫兹(Terahertz，简称THz，1THz＝10¹²Hz)波段是指频率从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。由于该频段是宏观电子学向微观光子学过渡的频段，具有很多独特的性质。太赫兹辐射技术是THz领域科技发展的关键核心技术之一，特别是可快速调谐、高功率、高稳定性的THz相干辐射源在生命科学、材料科学、固体物理、分子分析、大气探索、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前景和价值。

太赫兹参量振荡(Terahertz Parametric Generation/Terahertz ParametricOscillator，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。该过程的原理是铁电晶体的受激电磁耦子散射机理，在强泵浦光入射晶体后，与晶体中同时具有红外和拉曼活性的A₁对称模形成的电磁耦子发生受激作用时，根据能量守恒定律，每消耗一个泵浦光子将同时产生一个与泵浦光子频率相近的斯托克斯(Stokes)光子，和一个与电磁耦子谐振频率相近的太赫兹光子，从而实现太赫兹辐射。同时，在满足非线性相位匹配(动量守恒)条件下，通过改变泵浦光与斯托克斯光的角度，即可实现不同频率的太赫兹波调谐输出。但是，由于在实际实验条件中，受泵浦激光器能量波动、斯托克斯光谐振腔失谐、非线性晶体的热效应以及受激电磁耦子散射过程的不稳定性等因素影响，基于太赫兹参量过程输出的太赫兹波能量稳定性RMS值通常较大(大于15％)，难以满足其在光谱检测和成像方面的实际应用需求。目前，为了消除太赫兹参量源不稳定性在实际应用中的影响，通常采用对太赫兹波进行分束的方法，将其中一路作为参考光，用以矫正探测光由于太赫兹源不稳定性带来的测量误差，但是这种传统消除光源不稳定性的方法仅在测量所需太赫兹波功率相对较低以及样品对太赫兹波吸收较小的情况下能够保持较高的信噪比，这极大的限制了太赫兹波参量源在实际中的应用。例如，在太赫兹波被广泛应用的生命科学领域，由于很多生物大分子的振动和转动频率均在太赫兹波段，生物组织在太赫兹波具有较强的吸收，在这种情况下，利用太赫兹波对生物组织进行光谱测量或成像，使用传统消除光源不稳定性的方法难以保证探测光具有较高的功率以实现高信噪比测量。因此需要寻找一种新的在不需要衰减太赫兹波功率的前提下消除太赫兹输出不稳定性的技术，这将推动太赫兹参量源在生命科学、材料科学、分子分析等领域的实际应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种提高太赫兹参量振荡源测量稳定性的装置。采用本实用新型专利的技术能够在不衰减太赫兹波输出功率的前提下消除太赫兹输出不稳定性带来的影响，实现高信噪比光谱及成像测量。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：