CN102929071A - 使用单频激光做非线性差频而产生的单频太赫兹源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太赫兹源，尤其是一种使用单频激光做非线性差频而产生的单频太赫兹源，包括单频激光器I、单频激光器II、激光合束器、非线性光学晶体和抛物球面镜，其特征在于单频激光器I和单频激光器II两束单频激光束通过激光合束器在空间上叠加到一块，合束后的激光束入射到非线性光学晶体上，通过非线性差频产生的单频太赫兹源通过一个抛物球面镜的收集并转化为平行波输出，本发明具有结构简单，易于小型化，工作可靠，便于操作，相干性好，并且能够实现单频、宽带、可调谐、可在室温下稳定运转的全固态THz辐射源等优点，在国防，空间探索，医疗，科学研究等领域有广泛应用潜力。

Description

使用单频激光做非线性差频而产生的单频太赫兹源

技术领域

本发明涉及一种太赫兹源，尤其是一种使用单频激光做非线性差频而产生的单频太赫兹源。 

背景技术

众所周知，太赫兹技术在国防，空间探索，医疗，科学研究等领域有广泛应用潜力，最近十几年，太赫兹技术成为一个研究热点，其中对太赫兹源产生的研究又是重中之重，是推动太赫兹技术发展和广泛应用的关键。 

产生太赫兹的方法有很多，主要分电子学方法和光学方法两种，电子学的方法包括基于高能加速器的THz辐射源，电子学振荡器频率转换和利用自有电子的THz辐射源，电子学的方法一般比较复杂昂贵；光学方法包括：光整流方法（optical rectification）, 光学参量震荡等，其中光学参量震荡是基于光学参量效应的一种新技术。 

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，易于小型化，工作可靠，便于操作，相干性好，并且能够实现单频、宽带、可调谐、可在室温下稳定运转的使用单频激光做非线性差频而产生的单频太赫兹源。 

本发明可以通过如下措施达到： 

一种使用单频激光做非线性差频而产生的单频太赫兹源，包括单频激光器I、单频激光器II、激光合束器、非线性光学晶体和抛物球面镜，其特征在于单频激光器I和单频激光器II两束单频激光束通过激光合束器在空间上叠加到一块，合束后的激光束入射到非线性光学晶体上，通过非线性差频产生的单频太赫兹源通过一个抛物球面镜的收集并转化为平行波输出。

本发明中如果单频激光器I、单频激光器II是两束脉冲激光，可以通过添加延时光路实现两束脉冲激光在时间域上的重合叠加，再通过激光合束器在空间上叠加到一块。 

本发明使用两束频率差在太赫兹频域的单频激光，在某种（比如磷锗锌，硒化镓等）非线性光学晶体中作非线性差频产生单频太赫兹源，其波长可以通过调节单频激光的波长来相应调节。 

本发明所述的单频激光可以是连续型的，也可以是脉冲型的，而且单频激光可以是多种实现形式的激光，比如单频光纤激光器，单频微片激光（microchip laser），单频二极管泵浦固体激光器（DPSS）等等。所使用的单频激光可以工作在多个波长范围，比如1064nm，1550nm等，只须根据波长选取合适的非线性光学晶体即可，选取晶体的基本标准是单频激光及产生的THz波在非线性晶体中传输损耗小同时晶体具备尽可能高的二阶非线性系数和损伤阈值。在所选取的非线性晶体中，两个光频差在太赫兹频域的入射光子(单频激光器I，单频激光器II）通过二阶非线性混频过程产生新的光场，三个光场需满足能量守恒定律和相位匹配条件（动量守恒）： 

ω₁-ω₂=ω₃              （一）

              （二）

ω₁，ω₂，ω₃分别是单频激光I，单频激光II和单频太赫兹波的光子频率；

，

，

分别是单频激光I，单频激光II和单频太赫兹波的波动量。

本发明所选用的非线性光学晶体有很多种，可以是块状晶体，比如硒化镓（GaSe），磷锗锌（ZGP）等，在这些块状晶体中，相位匹配条件是利用晶体的双折射特性实现的。也可以是有周期性调制结构的晶体，比如周期性极化铌酸锂（PPLN），磷酸钛氧钾（KTP）和准相位匹配（quasi-phase-matching）的砷化镓（QPM-GaAs）等等，在这些晶体中，参与非线性混频的光波易于实现准相位匹配（quasi-phase-matching），也可以利用到晶体较大的非线性系数，对光波的传播方向和偏振态要求也没有那么严格。 

本发明具有结构简单，易于小型化，工作可靠，便于操作，相干性好，并且能够实现单频、宽带、可调谐、可在室温下稳定运转的全固态THz辐射源等优点，在国防，空间探索，医疗，科学研究等领域有广泛应用潜力。 

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。 

如图所示，一种使用单频激光做非线性差频而产生的单频太赫兹源，包括单频激光器I1、单频激光器II2、激光合束器3、非线性光学晶体4和抛物球面镜5，上述各组成部分与现有技术相同，此不赘述，本发明的特征在于单频激光器I和单频激光器II两束单频激光束通过激光合束器在空间上叠加到一块，合束后的激光束入射到非线性光学晶体上，两个不同频率的入射光子在非线性光学晶体中通过二阶非线性混频过程产生新的光场，三个光场满足能量守恒定律（公式一）和相位匹配条件（公式二），通过选择两个单频激光器的频率差使产生的新的光场频率处于太赫兹波段，由上述非线性差频过程产生的单频太赫兹源通过一个抛物球面镜的收集并转化为平行波输出。 

本发明中如果单频激光器I、单频激光器II是两束脉冲激光，可以通过添加延时光路实现两束脉冲激光在时间域上的重合叠加，再通过激光合束器在空间上叠加到一块。 

本发明使用两束光频差在太赫兹频域的单频激光，在某种（比如砷化镓，硒化镓等）非线性光学晶体中作非线性差频产生的单频太赫兹源，其波长可以通过调节单频激光的波长来相应调节。 

本发明所述的单频激光可以是连续型的，也可以是脉冲型的，而且单频激光可以是多种实现形式的激光，比如单频光纤激光器，单频微片激光（microchip laser），单频二极管泵浦固体激光器（DPSS）等等。所使用的单频激光可以工作在多个波长范围，比如1064nm，1550nm等，只须根据波长选取合适的非线性光学晶体即可，选取晶体的基本标准是单频激光及产生的THz波在非线性晶体中传输损耗小同时晶体具备尽可能高的二阶非线性系数和损伤阈值。在所选取的非线性晶体中，两个光频差在太赫兹频域的入射光子(单频激光器I，单频激光器II）通过二阶非线性混频过程产生新的光场，三个光场需满足能量守恒定律和相位匹配条件（动量守恒）。 

本发明所选用的非线性光学晶体有很多种，可以是块状晶体，比如硒化镓（GaSe），磷锗锌（ZGP）等，在这些块状晶体中，相位匹配条件是利用晶体的双折射特性实现的；也可以是有周期性调制结构的晶体，比如周期性极化铌酸锂（PPLN），磷酸钛氧钾（KTP）等等，在这些晶体中，参与非线性混频的光波易于实现准相位调制（quasi-phase-matching），也可以利用到晶体较大的非线性系数，对光波的传播方向和偏振态要求也没有那么严格。 

本发明具有结构简单，易于小型化，工作可靠，便于操作，相干性好，并且能够实现单频、宽带、可调谐、可在室温下稳定运转的全固态THz辐射源等优点，在国防，空间探索，医疗，科学研究等领域有广泛应用潜力。 

Claims (4)

1.一种使用单频激光做非线性差频而产生的单频太赫兹源，包括单频激光器I、单频激光器II、激光合束器、非线性光学晶体和抛物球面镜，其特征在于单频激光器I和单频激光器II两束单频激光束通过激光合束器在空间上叠加到一块，合束后的激光束入射到非线性光学晶体上，通过非线性差频产生的单频太赫兹源通过一个抛物球面镜的收集并转化为平行波输出。

2.根据权利要求1所述的一种使用单频激光做非线性差频而产生的单频太赫兹源，其特征在于单频激光器I、单频激光器II是两束脉冲激光时，通过添加延时光路实现两束脉冲激光在时间域上的重合叠加，再通过激光合束器在空间上叠加到一块。

3.根据权利要求1所述的一种使用单频激光做非线性差频而产生的单频太赫兹源，其特征在于所使用的单频激光是单频光纤激光器、单频微片激光（microchip laser）或单频二极管泵浦固体激光器（DPSS）。

4.根据权利要求1所述的一种使用单频激光做非线性差频而产生的单频太赫兹源，其特征在于使用两束光频差在太赫兹频域的单频激光，在磷锗锌和硒化镓非线性光学晶体中作非线性差频产生单频太赫兹源，其波长可以通过调节单频激光的波长来相应调节。

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