一种双频太赫兹波参量振荡器的制作方法

本发明属于太赫兹波技术应用领域，具体涉及一种双频太赫兹波参量振荡器。

背景技术：

太赫兹（thz）波，是指频率处于0.1-10thz（1thz=10¹²hz）范围内的电磁波，位于毫米波与红外波之间。太赫兹波在光谱检测、成像、遥感、通信、生物医学、军事等方面都有广阔的应用前景。截止目前，尚乏高功率、高效率、相干、可调谐、小型化、室温运转的太赫兹辐射源。gaas晶体具有极大的二阶非线性系数，而且gaas晶体对太赫兹波的吸收系数较小，所以以gaas晶体为增益介质，通过光学参量效应可以产生高功率太赫兹波。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种双频太赫兹波参量振荡器，用以解决现有太赫兹辐射源功率低、效率低等问题。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种双频太赫兹波参量振荡器，包括kd*p晶体、偏振片、激光器泵浦模块、gaas晶体，以及设置在gaas晶体周围的反射镜和抛物面镜；

泵浦源由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜、kd*p晶体、偏振片、激光器泵浦模块组成，泵浦源发出的泵浦光在由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜组成的谐振腔内谐振放大；

在x轴方向上往返振荡的泵浦光垂直入射gaas晶体，经共线光学参量效应产生第一stokes光和第一太赫兹波，产生的第一stokes光在由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜组成的谐振腔内谐振放大；沿x轴正向传播的第一太赫兹波由第七抛物面镜耦合输出，沿x轴负向传播的第一太赫兹波由第三抛物面镜耦合输出；

在x轴方向上往返振荡的泵浦光垂直入射gaas晶体，经非共线光学参量效应产生第五stokes光和第二太赫兹波，产生的第五stokes光在由第十三反射镜、第十四反射镜、第十五反射镜、第十六反射镜组成的谐振腔内谐振放大；沿x轴正向传播的泵浦光产生的两束第二太赫兹波分别由第六抛物面镜和第八抛物面镜耦合输出；沿x轴负向传播的泵浦光产生的两束第二太赫兹波分别由第二抛物面镜和第四抛物面镜耦合输出；泵浦光经第二反射镜和第三反射镜反射后，沿负x1轴方向入射gaas晶体；

在x1轴方向上往返振荡的泵浦光垂直入射gaas晶体，经共线光学参量效应产生第一stokes光和第一太赫兹波，产生的第一stokes光在由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜组成的谐振腔内谐振放大；沿x1轴正向传播的第一太赫兹波由第八抛物面镜耦合输出；沿x1轴负向传播的第一太赫兹波由第四抛物面镜耦合输出；

在x1轴方向上往返振荡的泵浦光垂直入射gaas晶体，经非共线光学参量效应产生第二stokes光和第二太赫兹波，产生的第二stokes光在由第十七反射镜、第十八反射镜、第十九反射镜、第二十反射镜组成的谐振腔内谐振放大；沿x1轴正向传播的泵浦光产生的两束第二太赫兹波分别由第一抛物面镜和第七抛物面镜耦合输出，沿x1轴负向传播的泵浦光产生的两束第二太赫兹波分别由第三抛物面镜和第五抛物面镜耦合输出；泵浦光经第四反射镜和第五反射镜反射后，沿y轴负向入射gaas晶体；

在y轴方向上往返振荡的泵浦光垂直入射gaas晶体，经共线光学参量效应产生第一stokes光和第一太赫兹波，产生的第一stokes光在由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜组成的谐振腔内谐振放大；沿y轴负向传播的第一太赫兹波由第一抛物面镜耦合输出，沿y轴正向传播的第一太赫兹波由第五抛物面镜耦合输出；

在y轴方向上往返振荡的泵浦光垂直入射gaas晶体，经非共线光学参量效应产生第三stokes光和第二太赫兹波，产生的第三stokes光在由第二十一反射镜、第二十二反射镜、第二十三反射镜、第二十四反射镜组成的谐振腔内谐振放大；沿y轴正向传播的泵浦光产生的两束第二太赫兹波分别由第四抛物面镜和第六抛物面镜耦合输出，沿y轴负向传播的泵浦光产生的两束第二太赫兹波分别由第二抛物面镜和第八抛物面镜耦合输出；泵浦光经第六反射镜和第七反射镜反射后，沿y1轴正向入射gaas晶体；

在y1轴方向上往返振荡的泵浦光垂直入射gaas晶体，经共线光学参量效应产生第一stokes光和第一太赫兹波，产生的第一stokes光在由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜组成的谐振腔内谐振放大；沿y1轴负向传播的第一太赫兹波由第二抛物面镜耦合输出，沿y1轴正向传播的第一太赫兹波由第六抛物面镜耦合输出；

在y1轴方向上往返振荡的泵浦光垂直入射gaas晶体，经非共线光学参量效应产生第四stokes光和第二太赫兹波，产生的第四stokes光在由第九反射镜、第十反射镜、第十一反射镜、第十二反射镜组成的谐振腔内谐振放大；沿y1轴正向传播的泵浦光产生的两束第二太赫兹波分别由第五抛物面镜和第七抛物面镜耦合输出，沿y1轴负向传播的泵浦光产生的两束第二太赫兹波分别由第一抛物面镜和第三抛物面镜耦合输出；泵浦光经第八反射镜垂直反射后，沿y1轴负向入射gaas晶体；

光束传播的平面为x轴和y轴所确定的平面，z轴垂直于光束传播的平面，x轴与激光器泵浦模块出射的泵浦光的方向平行，且泵浦源出射的朝向第一反射镜的泵浦光的方向为x轴负向，y轴垂直与x轴，且沿y轴传播的朝向第五反射镜的泵浦光的方向为y轴正向，x1轴正向与x轴正向的夹角为45°，x1轴正向与y轴正向的夹角为135°，y1轴正向与x轴正向的夹角为45°，y1轴正向与y轴正向的夹角为45°。

所述第一太赫兹波和第二太赫兹波均垂直于gaas晶体的表面出射，第一太赫兹波和第二太赫兹波的频率不相等。

所述第二stokes光、第三stokes光、第四stokes光、第五stokes光的波长相等，第二stokes光和第一stokes光的波长不相等。

所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜、第九反射镜、第十反射镜、第十一反射镜、第十二反射镜、第十三反射镜、第十四反射镜、第十五反射镜、第十六反射镜、第十七反射镜、第十八反射镜、第十九反射镜、第二十反射镜、第二十一反射镜、第二十二反射镜、第二十三反射镜、第二十四反射镜均为平面镜，第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第九反射镜、第十反射镜、第十一反射镜、第十二反射镜、第十三反射镜、第十四反射镜、第十五反射镜、第十六反射镜、第十七反射镜、第十八反射镜、第十九反射镜、第二十反射镜、第二十一反射镜、第二十二反射镜、第二十三反射镜、第二十四反射镜对泵浦光和第一stokes光、第二stokes光、第三stokes光、第四stokes光、第五stokes光全反射，第八反射镜对泵浦光和第一stokes光部分透射。

所述第九反射镜、第十反射镜、第十一反射镜、第十二反射镜、第十三反射镜、第十四反射镜、第十五反射镜、第十六反射镜、第十七反射镜、第十八反射镜、第十九反射镜、第二十反射镜、第二十一反射镜、第二十二反射镜、第二十三反射镜、第二十四反射镜的角度可调。

所述gaas晶体在x-y平面内为正八边形。

所述正八边形的边长为2cm，gaas晶体在z轴方向的厚度为1cm。

相对于现有技术，本发明与现有的基于光学参量效应的太赫兹辐射源相比，具有以下优点：

（1）产生的八束stokes光在环形谐振腔中往返振荡，通过光学参量效应可以有效放大thz波。

（2）一束泵浦光可以产生四束太赫兹波，光学转换效率有效增加。

（3）在光学参量过程中，腔内的stokes光和泵浦光可以循环使用，有效提高泵浦光利用效率。

（4）四束太赫兹波垂直于gaas晶体出射，不需要任何耦合输出装置，有效减小太赫兹波输出损耗。

附图说明

图1是本发明实施例的结构原理图。

图2是gaas晶体中泵浦光、stokes光和太赫兹波相位匹配示意图。图中kp为泵浦光的波矢，ks1、kt1分别为共线光学参量效应中stokes光、太赫兹波的波矢，ks2、kt2分别为非共线光学参量效应中stokes光、太赫兹波的波矢。θ角为泵浦光波矢kp与stokes光波矢ks2之间的夹角，φ角为泵浦光波矢kp与太赫兹波波矢kt2之间的夹角。

图3为实施例中gaas晶体尺寸图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，一种双频太赫兹波参量振荡器，包括kd*p晶体2、偏振片3、激光器泵浦模块4、gaas晶体13，以及设置在gaas晶体13周围的反射镜和抛物面镜；

泵浦源由第一反射镜1、第二反射镜5、第三反射镜6、第四反射镜7、第五反射镜8、第六反射镜9、第七反射镜10、第八反射镜11、kd*p晶体2、偏振片3、激光器泵浦模块4组成，泵浦源发出的泵浦光12在由第一反射镜1、第二反射镜5、第三反射镜6、第四反射镜7、第五反射镜8、第六反射镜9、第七反射镜10、第八反射镜11组成的谐振腔内谐振放大；本实施例采用的泵浦源为nd:yag脉冲激光器，波长为1064nm，脉冲宽度为15ns，重复频率为5hz，光束直径为5mm，功率密度为25mw/cm²。

在x轴方向上往返振荡的泵浦光12垂直入射gaas晶体13，经共线光学参量效应产生第一stokes光14和第一太赫兹波15，产生的第一stokes光14在由第一反射镜1、第二反射镜5、第三反射镜6、第四反射镜7、第五反射镜8、第六反射镜9、第七反射镜10、第八反射镜11组成的谐振腔内谐振放大；沿x轴正向传播的第一太赫兹波15由第七抛物面镜27耦合输出，沿x轴负向传播的第一太赫兹波15由第三抛物面镜23耦合输出；

在x轴方向上往返振荡的泵浦光12垂直入射gaas晶体13，经非共线光学参量效应产生第五stokes光20和第二太赫兹波16，产生的第五stokes光20在由第十三反射镜33、第十四反射镜34、第十五反射镜35、第十六反射镜36组成的谐振腔内谐振放大；沿x轴正向传播的泵浦光12产生的两束第二太赫兹波16分别由第六抛物面镜26和第八抛物面镜28耦合输出；沿x轴负向传播的泵浦光12产生的两束第二太赫兹波16分别由第二抛物面镜22和第四抛物面镜24耦合输出；泵浦光12经第二反射镜5和第三反射镜6反射后，沿负x1轴方向入射gaas晶体13；

在x1轴方向上往返振荡的泵浦光12垂直入射gaas晶体13，经共线光学参量效应产生第一stokes光14和第一太赫兹波15，产生的第一stokes光14在由第一反射镜1、第二反射镜5、第三反射镜6、第四反射镜7、第五反射镜8、第六反射镜9、第七反射镜10、第八反射镜11组成的谐振腔内谐振放大；沿x1轴正向传播的第一太赫兹波15由第八抛物面镜28耦合输出；沿x1轴负向传播的第一太赫兹波15由第四抛物面镜24耦合输出；

在x1轴方向上往返振荡的泵浦光12垂直入射gaas晶体13，经非共线光学参量效应产生第二stokes光17和第二太赫兹波16，产生的第二stokes光17在由第十七反射镜37、第十八反射镜38、第十九反射镜39、第二十反射镜40组成的谐振腔内谐振放大；沿x1轴正向传播的泵浦光12产生的两束第二太赫兹波16分别由第一抛物面镜21和第七抛物面镜27耦合输出，沿x1轴负向传播的泵浦光12产生的两束第二太赫兹波16分别由第三抛物面镜23和第五抛物面镜25耦合输出；泵浦光12经第四反射镜7和第五反射镜8反射后，沿y轴负向入射gaas晶体13；

在y轴方向上往返振荡的泵浦光12垂直入射gaas晶体13，经共线光学参量效应产生第一stokes光14和第一太赫兹波15，产生的第一stokes光14在由第一反射镜1、第二反射镜5、第三反射镜6、第四反射镜7、第五反射镜8、第六反射镜9、第七反射镜10、第八反射镜11组成的谐振腔内谐振放大；沿y轴负向传播的第一太赫兹波15由第一抛物面镜21耦合输出，沿y轴正向传播的第一太赫兹波15由第五抛物面镜25耦合输出；

在y轴方向上往返振荡的泵浦光12垂直入射gaas晶体13，经非共线光学参量效应产生第三stokes光18和第二太赫兹波16，产生的第三stokes光18在由第二十一反射镜41、第二十二反射镜42、第二十三反射镜43、第二十四反射镜44组成的谐振腔内谐振放大；沿y轴正向传播的泵浦光12产生的两束第二太赫兹波16分别由第四抛物面镜24和第六抛物面镜26耦合输出，沿y轴负向传播的泵浦光12产生的两束第二太赫兹波16分别由第二抛物面镜22和第八抛物面镜28耦合输出；泵浦光12经第六反射镜9和第七反射镜10反射后，沿y1轴正向入射gaas晶体13；

在y1轴方向上往返振荡的泵浦光12垂直入射gaas晶体13，经共线光学参量效应产生第一stokes光14和第一太赫兹波15，产生的第一stokes光14在由第一反射镜1、第二反射镜5、第三反射镜6、第四反射镜7、第五反射镜8、第六反射镜9、第七反射镜10、第八反射镜11组成的谐振腔内谐振放大；沿y1轴负向传播的第一太赫兹波15由第二抛物面镜22耦合输出，沿y1轴正向传播的第一太赫兹波15由第六抛物面镜26耦合输出；

在y1轴方向上往返振荡的泵浦光12垂直入射gaas晶体13，经非共线光学参量效应产生第四stokes光19和第二太赫兹波16，产生的第四stokes光19在由第九反射镜29、第十反射镜30、第十一反射镜31、第十二反射镜32组成的谐振腔内谐振放大；沿y1轴正向传播的泵浦光12产生的两束第二太赫兹波16分别由第五抛物面镜25和第七抛物面镜27耦合输出，沿y1轴负向传播的泵浦光12产生的两束第二太赫兹波16分别由第一抛物面镜21和第三抛物面镜23耦合输出；泵浦光12经第八反射镜11垂直反射后，沿y1轴负向入射gaas晶体13；

光束传播的平面为x轴和y轴所确定的平面，z轴垂直于光束传播的平面，x轴与激光器泵浦模块4出射的泵浦光的方向平行，且泵浦源出射的朝向第一反射镜1的泵浦光的方向为x轴负向，y轴垂直与x轴，沿y轴传播的朝向第五反射镜8的泵浦光12的方向为y轴正向，且第三stokes光18的传播方向与y轴正向的夹角为锐角，x1轴正向与x轴正向的夹角为45°，x1轴正向与y轴正向的夹角为135°，y1轴正向与x轴正向的夹角为45°，y1轴正向与y轴正向的夹角为45°。

本实施例中，泵浦光12、第一stokes光14、第二stokes光17、第三stokes光18、第四stokes光19、第五stokes光20、第一太赫兹波15和第二太赫兹波16的传播方向如图1所示；泵浦光12、第一stokes光14、第二stokes光17、第三stokes光18、第四stokes光19、第五stokes光20和第一太赫兹波15和第二太赫兹波16的相位匹配情况如图2所示。

第一太赫兹波15和第二太赫兹波16均垂直于gaas晶体13的表面出射，第一太赫兹波15和第二太赫兹波16的频率不相等。第一太赫兹波15的频率为6.04thz，第二太赫兹波16的频率等于7.7thz。

第二stokes光17、第三stokes光18、第四stokes光19、第五stokes光20的波长相等，第二stokes光17和第一stokes光14的波长不相等。第一stokes光14的波长等于1087.4nm，第二stokes光17、第三stokes光18、第四stokes光19、第五stokes光20的波长均等于1094nm。

第一反射镜1、第二反射镜5、第三反射镜6、第四反射镜7、第五反射镜8、第六反射镜9、第七反射镜10、第八反射镜11、第九反射镜29、第十反射镜30、第十一反射镜31、第十二反射镜32、第十三反射镜33、第十四反射镜34、第十五反射镜35、第十六反射镜36、第十七反射镜37、第十八反射镜38、第十九反射镜39、第二十反射镜40、第二十一反射镜41、第二十二反射镜42、第二十三反射镜43、第二十四反射镜44均为平面镜，第一反射镜1、第二反射镜5、第三反射镜6、第四反射镜7、第五反射镜8、第六反射镜9、第七反射镜10、第九反射镜29、第十反射镜30、第十一反射镜31、第十二反射镜32、第十三反射镜33、第十四反射镜34、第十五反射镜35、第十六反射镜36、第十七反射镜37、第十八反射镜38、第十九反射镜39、第二十反射镜40、第二十一反射镜41、第二十二反射镜42、第二十三反射镜43、第二十四反射镜44对泵浦光12和第一stokes光14、第二stokes光17、第三stokes光18、第四stokes光19、第五stokes光20全反射，第八反射镜11对泵浦光12和第一stokes光14部分透射。

第一反射镜1、第二反射镜5、第三反射镜6、第四反射镜7、第五反射镜8、第六反射镜9、第七反射镜10、第九反射镜29、第十反射镜30、第十一反射镜31、第十二反射镜32、第十三反射镜33、第十四反射镜34、第十五反射镜35、第十六反射镜36、第十七反射镜37、第十八反射镜38、第十九反射镜39、第二十反射镜40、第二十一反射镜41、第二十二反射镜42、第二十三反射镜43、第二十四反射镜44对波长范围在1064-1100nm的泵浦光12和第一stokes光14、第二stokes光17、第三stokes光18、第四stokes光19、第五stokes光20的反射率均为100%，第八反射镜11对波长范围在1064-1100nm的泵浦光12和第一stokes光14的反射率均为90%。

第九反射镜29、第十反射镜30、第十一反射镜31、第十二反射镜32、第十三反射镜33、第十四反射镜34、第十五反射镜35、第十六反射镜36、第十七反射镜37、第十八反射镜38、第十九反射镜39、第二十反射镜40、第二十一反射镜41、第二十二反射镜42、第二十三反射镜43、第二十四反射镜44的角度可调，通过改变第九反射镜29、第十反射镜30、第十一反射镜31、第十二反射镜32、第十三反射镜33、第十四反射镜34、第十五反射镜35、第十六反射镜36、第十七反射镜37、第十八反射镜38、第十九反射镜39、第二十反射镜40、第二十一反射镜41、第二十二反射镜42、第二十三反射镜43、第二十四反射镜44的角度，可以改变第二stokes光17、第三stokes光18、第四stokes光19、第五stokes光20与泵浦光12之间的夹角θ。第二stokes光17、第三stokes光18、第四stokes光19、第五stokes光20与泵浦光12之间的夹角θ均相等。通过改变上述夹角的大小保证第一太赫兹波15、第二太赫兹波16、泵浦光12、第一stokes光14均垂直于gaas晶体13的表面入射及出射。本实施例中，θ角均等于1.842°，φ角均等于45°。

gaas晶体13在x-y平面内为正八边形。

正八边形的边长为2cm，gaas晶体13在z轴方向的厚度为1cm，尺寸如图3所示。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。