[发明专利]利用硫掺杂硒化镓晶体产生高功率宽带太赫兹辐射的装置与方法

说明书

本发明涉及一种利用硫掺杂硒化镓晶体产生高功率宽带太赫兹辐射的装置与方法，该装置包括飞秒激光器、分束片、第一反射镜、第二反射镜、光学延迟线、机械斩波器、BBO倍频晶体、硫掺杂硒化镓晶体、太赫兹水平偏振片、碲化锌晶体、1/4波片、渥拉斯顿棱镜、平衡探测器与锁相放大器，所述第一反射镜与第二反射镜分别位于所述分束片所分出的两束光路上，所述机械斩波器、BBO倍频晶体、硫掺杂硒化镓晶体、太赫兹水平偏振片、碲化锌晶体、1/4波片、渥拉斯顿棱镜、平衡探测器与锁相放大器沿光路依次设置，在第一反射镜与碲化锌晶体之间还设有光学延迟线。与现有技术相比，本发明具有装置简单易操控、可在室温下操作、太赫兹辐射功率高且频带宽的特点。

技术领域

本发明属于太赫兹辐射技术领域，涉及一种利用硫掺杂硒化镓晶体产生高功率宽带太赫兹辐射的装置与方法。

背景技术

太赫兹波在无损检测、保密通讯、凝聚态物理等领域有广泛的应用前景。太赫兹时域光谱技术因其能够同时获取太赫兹波的波形和相位信息，并能够提供非常高的信噪比和超高的时间分辨率，成为了太赫兹相关技术中的研究热点。太赫兹辐射源作为太赫兹时域光谱技术的核心组成部分，对于充分准确地获取物质在整个太赫兹波段丰富的光谱信息非常重要。但现有技术仍不能满足对高功率、高转换效率的太赫兹辐射源的需求。

目前，产生宽带太赫兹辐射的方法有很多，比如：基于铌酸锂晶体波前倾斜的光整流技术、基于有机晶体的光学整流方法、基于表面等离子体增强的大孔径光导天线等等。其中，基于铌酸锂晶体波前倾斜的光整流技术可以产生高功率的太赫兹辐射，是实验室产生太赫兹波的主要手段，但是实验光路搭建复杂，对相位匹配的精确度要求高，很难满足实际需求；而且铌酸锂晶体对太赫兹辐射有强吸收作用，致使太赫兹辐射的利用效率难以得到有效提高。而基于有机晶体的光学整流和光电导天线太赫兹辐射源受限于系统的复杂度，输出的太赫兹波稳定性较为有限。因此，寻找新的材料体系与物理结构设计的辐射源是太赫兹领域非常重要的研究方向。

硒化镓晶体具有较大的二阶非线性光学系数(d₂₂＝54pm/V)和较宽的透光范围(0.62-20μm)，且双折射特性显著(λ＝1064nm时为0.35)，可以满足很宽波长范围内(中红外、太赫兹以及毫米波)的相位匹配条件，同时在已知无机非线性晶体中，其在太赫兹波段具有最小的吸收系数，因此该晶体非常适合高功率宽频段的太赫兹波产生。但是硒化镓晶体机械性能较差，不易在任意方向切割和抛光，限制了其在太赫兹辐射源中的实际应用。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种利用硫掺杂硒化镓晶体产生高功率宽带太赫兹辐射的装置与方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明具体涉及利用2.5mass％硫掺杂硒化镓晶体通过oo-o相位匹配的非线性光整流效应产生高功率宽带太赫兹辐射。硫掺杂硒化镓晶体相较于本征硒化镓晶体，机械性能和光学特性有较大的改善，有利于宽频高功率宽带太赫兹波的产生与探测。另外，可以通过改变晶体方位角和调节激发光功率使太赫兹脉冲的转换效率、辐射功率和带宽最优化。

本发明的技术方案之一提供了一种利用硫掺杂硒化镓晶体产生高功率宽带太赫兹辐射的装置，包括飞秒激光器、分束片、第一反射镜、第二反射镜、光学延迟线、机械斩波器、BBO倍频晶体、硫掺杂硒化镓晶体、太赫兹水平偏振片、碲化锌晶体、1/4波片、渥拉斯顿棱镜、平衡探测器与锁相放大器，所述第一反射镜与第二反射镜分别位于所述分束片所分出的两束光路上，所述机械斩波器、硫掺杂硒化镓晶体、太赫兹水平偏振片、碲化锌晶体、1/4波片、渥拉斯顿棱镜、平衡探测器与锁相放大器沿光路依次设置在所述第二反射镜后方，在第一反射镜与碲化锌晶体之间还沿光路设有光学延迟线。

进一步的，所述硫掺杂硒化镓晶体中硫掺杂浓度为2.5mass％。

进一步的，所述硫掺杂硒化镓晶体的方位角为0°，120°和240°。