一种多极化周期太赫兹波参量振荡器的制作方法

本发明涉及一种多极化周期太赫兹波参量振荡器，属于太赫兹波技术应用领域。

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。ppln晶体具有极大的二阶非线性系数，而且ppln晶体对太赫兹波的吸收系数较小，所以以ppln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多极化周期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。

为实现上述目的，本发明的方案是：

一种多极化周期太赫兹波参量振荡器，包括泵浦源、多极化周期ppln晶体和设置在多极化周期ppln晶体两侧的第一抛物面镜及第二抛物面镜，泵浦源由kd*p晶体、偏振片、激光器泵浦模块、第一反射镜和第二反射镜组成；多极化周期ppln晶体由a、b、c、d四个部分的ppln晶体组成；往返振荡的泵浦光入射多极化ppln晶体，经光学参量效应产生四束stokes光和四束太赫兹波；抛物面镜设置有供泵浦光和四束stokes光通过的通孔；四束stokes光通过抛物面镜上的通孔与泵浦光共线传播，在由第一反射镜和第二反射镜组成的谐振腔内谐振放大；四束太赫兹波分别为第一太赫兹波、第二太赫兹波、第三太赫兹波和第四太赫兹波；x轴与泵浦源出射的泵浦光的方向平行，x轴与泵浦源出射的泵浦光的方向平行，且沿x轴传播的朝向第一反射镜的泵浦光的方向为x轴负向；y轴垂直于x轴，且第三太赫兹波的方向即为y轴负向；z轴垂直于x轴，且第二太赫兹波的方向即为z轴正向；第一太赫兹波沿x轴负向传播，经第一抛物面镜沿z轴正向耦合输出；第四太赫兹波沿x正向传播，经第二抛物面镜沿z轴正向耦合输出；第二太赫兹波沿z轴正向传播，垂直于ppln晶体的x-y平面输出；第三太赫兹波沿y轴负向传播，垂直于ppln晶体的x-z平面输出。

上述多极化周期太赫兹波参量振荡器，ppln晶体在x轴、y轴、z轴方向上的长度分别为4cm、5mm、2mm。

上述多极化周期太赫兹波参量振荡器，所述多极化周期ppln晶体外形为长方体，由a、b、c、d四个部分的ppln晶体组成，a部分周期波矢kλa、泵浦光波矢kp、stokes光波矢ks、第一太赫兹波波矢kt之间满足准相位匹配关系：|kp|-|ks|+|kt|-|kλa|＝0；b部分周期波矢kλb、泵浦光波矢kp、stokes光波矢ks之间满足准相位匹配关系：|kp|-|ks|-|kλb|＝0；c部分周期波矢kλc、泵浦光波矢kp、stokes光波矢ks、第三太赫兹波波矢kt之间满足准相位匹配关系：(|kp|-|ks|)²+(|kt|)²＝(|kλc|)²；d部分周期波矢kλd、泵浦光波矢kp、stokes光波矢ks、第四太赫兹波波矢kt之间满足准相位匹配关系：|kp|-|ks|-|kt|+|kλd|＝0。

上述多极化周期太赫兹波参量振荡器，所述a、b、d三个部分的周期波矢方向平行于x轴，c部分的周期波矢方向与x轴成66°夹角

上述多极化周期太赫兹波参量振荡器，所述四束stokes光的波长均相等。

上述多极化周期太赫兹波参量振荡器，四束太赫兹波的频率均相等。

上述多极化周期太赫兹波参量振荡器，抛物面镜中心设置供泵浦光和四束stokes光通过的通孔。

上述多极化周期太赫兹波参量振荡器，第一反射镜和第二反射镜为平面镜。

上述多极化周期太赫兹波参量振荡器，第一反射镜和第二反射镜对泵浦光和stokes光全反射。

本发明一种多极化周期太赫兹波参量振荡器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)stokes光在谐振腔中往返振荡，通过光学参量效应可以有效放大太赫兹波。

(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ppln晶体表面出射，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是本发明的结构原理图。

图2为ppln晶体a、b、c、d四个部分平面图。

图3为ppln晶体中泵浦光、stokes光和太赫兹波相位匹配示意图。

图中kp、ks、kt分别为泵浦光、stokes光、太赫兹波的波矢。

kλa，kλb，kλc，kλd分别为ppln晶体a、b、c、d四个部分的周期波矢。

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所示为本发明一种多极化周期太赫兹波参量振荡器实施例的结构原理图。由图可知，该太赫兹辐射源包括：反射镜1、5，kd*p晶体2，偏振片3，激光器泵浦模块4，多极化周期ppln晶体6。

泵浦源由反射镜1、5、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7在由反射镜1、5组成的谐振腔内谐振放大。本实施例采用的泵浦源为nd:yag准连续激光器，波长为1064nm，脉冲宽度为30ns，重复频率为20khz，光束直径为1mm，功率密度为100mw/cm2。

x轴与泵浦源出射的泵浦光的方向平行，且沿x轴传播的朝向第一反射镜1的泵浦光7的方向为x轴负向；y轴垂直于x轴，且第三太赫兹波12的方向即为y轴负向；z轴垂直于x轴，且第二太赫兹波11的方向即为z轴正向；

多极化周期ppln晶体外形为长方体，由a、b、c、d四个部分的ppln晶体组成；

沿x轴方向上往返振荡的泵浦光7入射多极化周期ppln晶体6，在多极化周期ppln晶体6的a部分，泵浦光7经后向光学参量效应产生stokes光8和太赫兹波9。产生stokes光8与泵浦光7共线传播，在由反射镜1、5组成的谐振腔内谐振放大。产生的太赫兹波9沿x轴负向传播，经抛物面镜10沿z轴正向耦合输出。

在ppln晶体6的b部分，泵浦光7经光学参量效应产生stokes光8和太赫兹波11。产生stokes光8与泵浦光7共线传播，在由反射镜1、5组成的谐振腔内谐振放大。产生的太赫兹波11沿z轴正向传播，垂直于ppln晶体6的x-y平面输出。

在ppln晶体6的c部分，泵浦光7经光学参量效应产生stokes光8和太赫兹波12。产生stokes光8与泵浦光7共线传播，在由反射镜1、5组成的谐振腔内谐振放大。产生的太赫兹波12沿y轴负向传播，垂直于ppln晶体6的x-z平面输出。

在ppln晶体6的d部分，泵浦光7经前向光学参量效应产生stokes光8和太赫兹波13。产生stokes光8与泵浦光7共线传播，在由反射镜1、5组成的谐振腔内谐振放大。产生的太赫兹波13沿x轴正向传播，经抛物面镜14沿z轴正向耦合输出。本实施例中，泵浦光7、stokes光8和四束太赫兹波9、11、12、13的传播方向如图1所示，泵浦光7、stokes光8和四束太赫兹波9、11、12、13的相位匹配如图3所示。

本实施例采用的第一反射镜1、第二反射镜5为平面镜。第一反射镜1和第二反射镜5对波长为1064nm的泵浦光7和波长为1065.9nm的stokes光8全反射，构成泵浦光7和stokes光8的谐振腔。

ppln晶体6在x轴、y轴、z轴方向上的长度分别为4cm、5mm、2mm。a部分周期波矢kλa、泵浦光7波矢kp、stokes光8波矢ks、太赫兹波9波矢kt之间满足准相位匹配关系：|kp|-|ks|+|kt|-|kλa|＝0。b部分周期波矢kλb、泵浦光7波矢kp、stokes光8波矢ks之间满足准相位匹配关系：|kp|-|ks|-|kλb|＝0。c部分周期波矢kλc、泵浦光7波矢kp、stokes光8波矢ks、太赫兹波12波矢kt之间满足准相位匹配关系：(|kp|-|ks|)²+(|kt|)²＝(|kλc|)²。d部分周期波矢kλd、泵浦光7波矢kp、stokes光8波矢ks、太赫兹波13波矢kt之间满足准相位匹配关系：|kp|-|ks|-|kt|+|kλd|＝0。本实施例中a、b、c、d四个部分的极化周期长度分别为13.4μm、43.5μm、17.5μm、34.7μm，a、b、d三个部分的周期波矢方向平行于x轴，c部分的周期波矢方向与x轴成66°夹角。

本实施例采用的抛物面镜10、14分别对太赫兹波9、13全反射。抛物面镜10、14的中心各钻有一小孔，小孔尺寸恰好允许泵浦光7和stokes光8通过。

本实施例中，stokes光8的波长均相等，均等于1065.9nm，太赫兹波9、11、12、13的频率均相等，均等于0.5thz。

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。