一種緊湊的光學(xué)差頻太赫茲源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體激光器及非線性光學(xué)頻率變換領(lǐng)域，更具體的說，是涉及一種緊湊穩(wěn)定雙波長激光器及光學(xué)差頻太赫茲源。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲(Terahertz或THz)輻射是頻率在0.l-ΙΟΤΗζ，典型中心頻率為ITHz的電磁波，其波段介于微波和紅外線之間，是宏觀電子學(xué)向微觀光子學(xué)過渡的重要電磁波段。太赫茲波在物理、化學(xué)、天文學(xué)、分子光譜、生命科學(xué)和醫(yī)藥科學(xué)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，以及醫(yī)學(xué)成像、安全檢查、環(huán)境監(jiān)測、材料分析、食品檢測、射電天文、移動通訊、衛(wèi)星通信和軍用雷達(dá)等應(yīng)用研究領(lǐng)域均有重大的科學(xué)研究價值和廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]光學(xué)差頻(DFG)是獲得小型化室溫運(yùn)轉(zhuǎn)的窄帶、高峰值功率、寬調(diào)諧THz輻射源的最佳方法之一。差頻的非線性過程簡單有效，沒有閾值，不需要諧振腔，穩(wěn)定性好。差頻產(chǎn)生太赫茲波的技術(shù)可以追溯到上世紀(jì)60年代，但由于當(dāng)時的激光技術(shù)和光學(xué)頻率變換技術(shù)水平的限制，轉(zhuǎn)換效率非常低。直到上世紀(jì)90年代后期，隨著小型化全固態(tài)激光技術(shù)、高質(zhì)量非線性晶體生長技術(shù)的進(jìn)步以及太赫茲波的相關(guān)理論及其應(yīng)用研究的興起，差頻產(chǎn)生太赫茲輻射的研究又成為太赫茲領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。美國、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國家以及我國的多個課題組對差頻的相關(guān)理論和技術(shù)進(jìn)行了深入研究。目前國內(nèi)外已報道的結(jié)果中，差頻方法已經(jīng)可以實現(xiàn)低重復(fù)頻率或高重復(fù)頻率的脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)甚至連續(xù)波運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)諧范圍覆蓋0.1-30THZ，輸出線寬可以窄至10MHz，差頻太赫茲源的峰值功率可達(dá)到千瓦(kW)甚至兆瓦(MW)量級，平均功率可以達(dá)到毫瓦量級。利用差頻產(chǎn)生的太赫茲輻射可以對物體進(jìn)行實時成像，也可以對某些物質(zhì)的寬波段太赫茲譜進(jìn)行檢測，其極窄帶的特性甚至可以清晰地分辨出某些分子的振動或轉(zhuǎn)動模式。
[0004]利用低重復(fù)頻率、高單能量脈沖能量的雙波長激光差頻可以獲得較高單脈沖能量的太赫茲波，但由于重復(fù)頻率低，平均功率無法有效提高，不利于快速成像等對太赫茲源功率有要求的場合。利用連續(xù)半導(dǎo)體激光器栗浦的雙波長激光器差頻可以產(chǎn)生高平均功率、高重復(fù)頻率的太赫茲源，2010年美國Lehigh University的Pu Zhao等報道了利用半導(dǎo)體激光器端面栗浦一塊Nd:YLF晶體產(chǎn)生1047/1053nm雙波長激光(Optics Letters,2010，35 (23):3979-3981)，兩個波長在兩個諧振腔中振蕩，經(jīng)合束后在GaSe中差頻產(chǎn)生了 1.64THz輻射輸出，但由于兩個波長在晶體中有增益競爭，因此雙波長的功率不穩(wěn)定，產(chǎn)生的太赫茲功率也不穩(wěn)定。2011年該研究小組對實驗裝置進(jìn)行了改進(jìn)(Applied PhysicsLetters，2011，98:131106)，利用兩臺半導(dǎo)體激光器栗浦兩塊Nd:YLF晶體，在兩個諧振腔中產(chǎn)生雙波長激光并通過差頻產(chǎn)生太赫茲波，該方案克服了增益競爭問題，雙波長激光及太赫茲波的穩(wěn)定性大大提高。但采用兩臺半導(dǎo)體激光器及兩個諧振腔的方案大大增加了成本，也不利于雙波長激光器及整體太赫茲源的小型化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種緊湊穩(wěn)定雙波長激光光學(xué)差頻太赫茲源。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]—種緊湊的光學(xué)差頻太赫茲源，包括依次設(shè)置的雙波長激光器和差頻裝置，所述雙波長激光器由依次設(shè)置的栗浦源、激光反射鏡、激光晶體、Q開關(guān)和激光輸出鏡構(gòu)成；差頻裝置由依次設(shè)置的激光聚焦鏡和差頻晶體構(gòu)成；所述栗浦源發(fā)出的栗浦激光注入激光晶體，激光晶體內(nèi)的激活粒子在栗浦光作用下躍迀到上能級并在由所述激光反射鏡和激光輸出鏡構(gòu)成的諧振腔內(nèi)產(chǎn)生激光振蕩，所述激光晶體由兩塊晶體構(gòu)成用于產(chǎn)生兩個波長的激光振蕩，通過所述Q開關(guān)調(diào)節(jié)諧振腔的損耗，實現(xiàn)脈沖激光輸出，輸出的激光經(jīng)所述激光聚焦鏡聚焦后注入所述差頻晶體發(fā)生差頻效應(yīng)，產(chǎn)生太赫茲波并輸出。
[0008]所述栗浦源由帶有聚焦透鏡的直接輸出半導(dǎo)體激光器或光纖耦合輸出半導(dǎo)體激光器構(gòu)成；所述栗浦源發(fā)出栗浦激光的波長范圍為800?810nm或880?890nm，所述栗浦源發(fā)出的栗浦激光波長通過改變栗浦源所在的工作溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0009]所述激光晶體產(chǎn)生的波長范圍在900-950nm波段、1040_1080nm波段和1300-1350nm波段中的任意一段。
[0010]所述激光晶體的每個通光面均鍍有栗浦光及振蕩激光增透膜。
[0011]所述激光晶體由兩塊不同種類晶體構(gòu)成，激光晶體為Nd:YAG、Nd:YV04、Nd:GdV04、Nd: YLF、Nd: YAP和Nd: GGG晶體中的任意兩個晶體的組合，其中Nd3+的摻雜濃度為0.l-3ad%0
[0012]所述激光晶體由兩塊相同種類晶體構(gòu)成，兩塊晶體的切割軸向不同或兩塊晶體的切割軸向相同，但是其中一塊晶體的主軸相對另一塊晶體沿通光方向旋轉(zhuǎn)90°。
[0013]所述激光反射鏡鍍有栗浦光增透膜及振蕩激光高反膜，所述激光輸出鏡對振蕩激光的反射率為40%?99% ;所述激光反射鏡的鏡片和激光輸出鏡的鏡片由平面鏡、平凹鏡或雙凹鏡其中的任意一個構(gòu)成。
[0014]所述Q開關(guān)由聲光Q開關(guān)、電光Q開關(guān)和可飽和吸收體被動Q開關(guān)其中任意一種構(gòu)成；所述Q開關(guān)的工作頻率為1kHz至300kHz。
[0015]所述激光聚焦鏡為凸透鏡或縮束望遠(yuǎn)鏡。
[0016]所述差頻晶體由GaSe、ZnGeP2、GaAs、ZnTe、GaP或DAST其中的一種構(gòu)成，所述差頻晶體實現(xiàn)差頻產(chǎn)生太赫茲波需滿足角度相位匹配、溫度相位匹配或準(zhǔn)相位匹配。
[0017]所述栗浦源輸出的栗浦光聚焦點(diǎn)在激光晶體所包含的兩塊晶體結(jié)合面附近。
[0018]所述雙波長激光器可以通過改變栗浦源的輸出波長來調(diào)節(jié)兩個激光波長的相對功率。
[0019]所述由激光反射鏡和激光輸出鏡構(gòu)成的諧振腔內(nèi)可以加入偏振器件實現(xiàn)激光線的偏振運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是:
[0021]本發(fā)明中栗浦源發(fā)出的栗浦激光注入激光晶體，激光晶體由兩塊晶體組成以分別產(chǎn)生不同波長的激光振蕩，兩塊晶體既可以是同類晶體采用不同切割方向或不同放置軸向的組合，也可以采用不同類晶體的組合，激光晶體的激活粒子在栗浦光作用下躍迀到上能級并在激光反射鏡和激光輸出鏡構(gòu)成的諧振腔內(nèi)產(chǎn)生激光振蕩，通過Q開關(guān)調(diào)節(jié)諧振腔的損耗，實現(xiàn)雙波長的脈沖激光輸出，雙波長激光中兩個波長的相對功率可以通過調(diào)節(jié)栗浦波長來調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳差頻效果，輸出的激光經(jīng)激光聚焦鏡聚焦后注入差頻晶體發(fā)生差頻效應(yīng)，產(chǎn)生太赫茲波并輸出；由于雙波長激光共用同一個栗浦源及諧振腔，因此本發(fā)明整體太赫茲源結(jié)構(gòu)非常緊湊，適用于低成本、小型化、便攜式太赫茲源的需求場合。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明的具體實施例示意圖。
[0024]附圖標(biāo)記:1_栗浦源2-激光反射鏡3-激光晶體4-Q開關(guān)5_激光輸出鏡6_激光聚焦鏡差頻晶體8_布儒斯特片
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
[0026]如圖1所示，一種緊湊的光學(xué)差頻太赫茲源，包括依次設(shè)置的雙波長激光器和差頻裝置，雙波長激光器由依次設(shè)置的栗浦源1、激光反射鏡2、激光晶體3、Q開關(guān)4和激光輸出鏡5構(gòu)成；差頻裝置由依次設(shè)置的激光聚焦鏡6和差頻晶體7構(gòu)成；栗浦源1發(fā)出的栗浦激光注入激光晶體3，激光晶體3內(nèi)的激活粒子在栗浦光作用下躍迀到上能級并在由所述激光反射鏡2和激光輸出鏡5構(gòu)成的諧振腔內(nèi)產(chǎn)生激光振蕩，激光晶體3由兩塊晶體構(gòu)