一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统及其工作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统及其工作方法,包括激光泵浦系统、太赫兹参量器件和冷却系统，太赫兹参量器件包括砷酸钛氧铷晶体,激光泵浦系统发出泵浦激光沿太赫兹参量器件照射,砷酸钛氧铷晶体的受激激子散射产生输出频率范围为3.42?6.47THz的太赫兹。本发明使用了非线性砷酸钛氧铷晶体,该晶体非线性增益较高,同时具有高的损伤阈值,通过角度调谐的方式可以获得3.42THZ到6.47THZ频率范围内的可调谐的太赫兹辐射波。
【专利说明】
一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统及其工作方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统及其工作方法，属于太赫兹参量源的技术领域。
【背景技术】
[0002]受激激子散射是一种产生太赫兹辐射的重要技术，通过某些晶体的受激激子散射可以获得可见、近红外以及太赫兹波段的可调谐激光。与其他技术的太赫兹源，如光整流、量子级联激光器以及电学的太赫兹源相比，这种基于受激激子散射的太赫兹参量源具有可封装集成、室温工作、使用方便、便于调谐、线宽窄等优点。太赫兹参量源一直是太赫兹产生领域的研究热点之一。现国内外已经有大量关于太赫兹参量源的报道，他们均利用的晶体LiNbO3或者MgO: LiNbO3作为非线性转换的工作介质，可获得在0.6_3THz频率范围内可调谐的太赫兹福射源。砷酸钛氧铷晶体的最低Al对称振动模为236cm—工，该振动模同时具有红外和拉曼活性，通过角度调谐可以获得在3.42THZ到6.47THZ频率范围内的可调谐的太赫兹辐射源，扩展了基于LiNbO3晶体的太赫兹参量源的太赫兹频率范围，至今还没有发现用该晶体来实现的太赫兹参量源。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统；
[0004]本发明还提供了上述太赫兹产生系统的工作方法；
[0005]本发明利用砷酸钛氧铷晶体的受激激子散射过程构成的太赫兹产生系统。该太赫兹产生系统实现了 3.42-6.47THZ频率范围内可调谐的太赫兹波输出。
[0006]本发明的技术方案为:
[0007]—种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，包括激光栗浦系统、太赫兹参量器件和冷却系统，所述太赫兹参量器件包括砷酸钛氧铷晶体，所述激光栗浦系统发出栗浦激光沿所述太赫兹参量器件照射，所述砷酸钛氧铷晶体的受激激子散射产生输出频率范围为3.42-6.47THZ 的太赫兹。
[0008]根据本发明优选的，所述砷酸钛氧铷晶体的切割方向Θ的取值范围为85-95°，所述Θ是栗浦激光与所述砷酸钛氧铷晶体z轴的夹角;所述砷酸钛氧铷晶体X轴与所述砷酸钛氧铷晶体的Z轴的夹角Φ的取值范围为0-20° ;太赫兹出射面与所述砷酸钛氧铷晶体X轴的切割角度ΦI的范围为15-45°，所述砷酸钛氧铷晶体的长度1、所述砷酸钛氧铷晶体的宽度d满足以下关系:l+d/tanC>i<-d/tan Φ ι < 10
[0009]由激光栗浦系统产生的激光束经过太赫兹参量器件内的砷酸钛氧铷晶体，砷酸钛氧铷晶体具有拉曼与红外活性振动模，产生受激激子散射，产生非线性参量，通过所述太赫兹参量器件中的角度旋转台改变栗浦光入射到砷酸钛氧铷中的角度，可获得3.42THZ到6.47THZ频率范围内的可调谐的太赫兹。
[0010]进一步优选的，所述砷酸钛氧铷晶体的切割方向θ= 90°。
[0011]根据本发明优选的，所述砷酸钛氧铷晶体为非线性砷酸钛氧铷晶体，所述非线性砷酸钛氧铷晶体的两端面均镀有增透膜，增透膜的波长范围可根据选用的激光栗浦系统中的栗浦源的波长来决定，所述太赫兹出射面做抛光处理。
[0012]根据本发明优选的，所述太赫兹参量器件还包括太赫兹参量器件的后腔镜、太赫兹参量器件的输出镜，所述激光栗浦系统发出的激光沿所述太赫兹参量器件的后腔镜、所述砷酸钛氧铷晶体、所述太赫兹参量器件的输出镜依次射出。
[0013]根据本发明优选的，所述太赫兹参量器件的后腔镜镀有在Stokes波段的高反膜，所述Stokes波段的波长范围为1070-1100nm。使所述的太赫兹参量器件的输出镜的镀膜在Stokes波段具有一定的透过率。
[0014]根据本发明优选的，所述太赫兹参量器件还包括太赫兹波耦合部件，所述太赫兹波耦合部件是硅材料棱镜，所述硅材料棱镜与所述非线性砷酸钛氧铷晶体的xz面无缝隙接触。棱镜的数量和尺寸大小可根据非线性晶体的尺寸大小决定。
[0015]根据本发明优选的，所述激光栗浦系统为LD栗浦的连续激光系统、准连续的重复频率为10HZ-1OOkHZ的脉冲激光系统、闪光灯栗浦或LD栗浦的低重频的1-100HZ的激光系统;所述激光栗浦系统在所述非线性砷酸钛氧铷晶体中提供的功率密度不低于lOMW/cm3;所述冷却系统为循环水冷却系统或半导体制冷系统。
[0016]所述循环水冷却系统是指:在所述非线性砷酸钛氧铷晶体侧面均用带有管道的金属块包住，金属块的管道内持续通有循环冷却水，用来给非线性砷酸钛氧铷晶体降低温度；所述半导体制冷系统是指:所述非线性砷酸钛氧铷晶体侧面被半导体制冷块包围。
[0017]上述太赫兹产生系统的工作方法，具体步骤包括:
[0018]激光栗浦源系统发出的栗浦激光进入所述太赫兹参量器件的所述非线性砷酸钛氧铷晶体中，与所述非线性砷酸钛氧铷晶体中同时具有拉曼与红外活性的晶体振动模相互作用，产生受激激子散射，在所述太赫兹参量器件内形成Stokes激光，同时产生太赫兹福射波，利用硅棱镜耦合阵列耦合方式或者通过垂直太赫兹出射面发射的方式获得太赫兹辐射输出。硅棱镜耦合阵列耦合方式即通过放置一排角度特定的硅棱镜，将产生的太赫兹输出；通过垂直太赫兹出射面发射的方式即通过角度的设计与晶体的切割，使得太赫兹垂直于太赫兹出射面产生并直接输出。
[0019]本发明的有益效果为:
[0020]本发明使用了非线性砷酸钛氧铷晶体，该晶体非线性增益较高，同时具有高的损伤阈值，通过角度调谐的方式可以获得3.42THZ到6.47THZ频率范围内的可调谐的太赫兹辐射波。
【附图说明】
[0021 ]图1是本发明非线性砷酸钛氧铷晶体的切割方向示意图；
[0022]图2是本发明的外腔栗浦、垂直太赫兹出射面发射的太赫兹产生系统的光路结构示意图；
[0023]图3是本发明的外腔栗浦、垂直太赫兹出射面发射的太赫兹产生系统中非线性砷酸钛氧铷晶体的外形结构图；
[0024]图4为本发明的外腔栗浦、娃棱镜阵列親合输出的太赫兹产生系统的光路结构不意图；
[0025]图5为本发明的LD端面栗浦的调Q运转、内腔栗浦的、硅棱镜阵列耦合输出的太赫兹产生系统的光路结构示意图；
[0026]图6为本发明的LD侧面栗浦的调Q运转、内腔栗浦的、垂直太赫兹出射面发射的太赫兹产生系统的光路结构示意图；
[0027]图7为本发明外腔栗浦、硅棱镜阵列耦合输出的太赫兹产生系统的光路结构示意图。
[0028]1.脉冲激光栗浦源，2.扩束器，3.半波片，4.太赫兹参量器件的后腔镜，5.砷酸钛氧铷晶体，6.太赫兹参量器件的输出镜，7，角度旋转台，8.太赫兹硅棱镜耦合部件，9.激光二极管LD，10.光纤，11.耦合透镜组，12.栗浦激光系统谐振腔后腔镜，13.冷却恒温系统，14.激光增益介质，15.调Q开关，16.起偏器，17.栗浦激光系统谐振腔输出镜，18.LD侧面栗浦模块。
【具体实施方式】
[0029]下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
[0030]实施例1
[0031]—种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，如图2所示，包括激光栗浦系统、太赫兹参量器件和冷却系统，太赫兹参量器件包括砷酸钛氧铷晶体5，激光栗浦系统发出栗浦激光沿太赫兹参量器件照射，砷酸钛氧铷晶体5的受激激子散射产生输出频率范围为3.42-6.47THz的太赫兹，砷酸钛氧铷晶体5为非线性砷酸钛氧铷晶体。
[0032]激光栗浦系统包括脉冲激光栗浦源1、扩束器2、半波片3、太赫兹参量器件的后腔镜4、砷酸钛氧铷晶体5、太赫兹参量器件的输出镜6，太赫兹参量器件的后腔镜4、非线性砷酸钛氧铷晶体5、太赫兹参量器件的输出镜6固定在角度旋转台7上；
[0033]半波片3调整栗浦激光的偏振态与砷酸钛氧铷晶体5的Z轴平行;太赫兹参量器件的后腔镜4、太赫兹参量器件的输出镜6构成太赫兹参量振荡器的谐振腔。
[0034]脉冲激光栗浦源I为Nd: YAG调Q脉冲激光栗浦源，波长为1064.Znm，重复频率为1-100HZ可调的ns级脉冲激光器，最大栗浦能量为IJ，脉冲宽度为8ns。
[0035]砷酸钛氧铷晶体5的外形结构图如图3所示，X、y、z为砷酸钛氧铷晶体5的X轴、y轴、z轴方向，切割方向θ = 90°，Φ =20°，砷酸钛氧铷晶体5沿着X轴长度为l = 30mm，沿着y轴的长度为d = 15mm,沿着Z轴的厚度为8mm。
[0036]砷酸钛氧铷晶体5的两端面均镀有100nm-110nm波长的增透膜，侧面抛光。
[0037]太赫兹产生系统输出的太赫兹辐射波的频率是可调谐的，通过调整栗浦光与Stokes激光在非线性晶体外的出射角度范围为1.7-6.9°，以获得调谐范围为3.42-6.47的太赫兹。Stokes激光为受激激子散射过程中产生的与栗浦光频率相近的光束。
[0038]太赫兹参量器件的后腔镜4镀有栗浦光波段的增透膜和100nm-110nm波段的高反膜;太赫兹参量器件的输出镜6在100-1lOOnm波段镀有0.01 %-99.99%的透过率。高反膜的反射率大于95 %。
[0039]冷却系统为循环水冷却系统，在砷酸钛氧铷晶体5侧面均用带有管道的金属块包住，金属块的管道内持续通有循环冷却水，用来给砷酸钛氧铷晶体5降低温度。
[0040]实施例2
[0041 ]实施例1所述的太赫兹产生系统的工作方法:Nd: YAG调Q脉冲激光栗浦源I发出的1064.2nm激光通过扩束器2调整激光光斑直径为2.5mm，然后通过半波片3调整激光偏振态平行于砷酸钛氧铷晶体5的Z轴，进入太赫兹参量器件中，由于非线性砷酸钛氧铷晶体5的Al振动模236cm—1同时具有拉曼和红外活性，因而会产生受激激子散射，产生1SOnm附近的Stokes光，同时在Stokes发生全反射的部位产生太赫兹输出。非线性砷酸钛氧铷晶体5作为非线性介质，有效产生Stokes和太赫兹转换，通过旋转角度旋转台来改变入射光的入射角度，即栗浦光与Stokes光在砷酸钛氧铷晶体外的角度0ext，获得3.42-6.47THZ范围内的可调谐太赫兹输出。当栗浦能量为10mJ时，获得的最大太赫兹输出约为627nJ。
[0042]实施例3
[0043]—种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，如图4所示，包括激光栗浦系统、太赫兹参量器件和冷却系统，太赫兹参量器件包括砷酸钛氧铷晶体5，激光栗浦系统发出栗浦激光沿太赫兹参量器件照射，砷酸钛氧铷晶体5的受激激子散射产生输出频率范围为3.42-6.47THz的太赫兹，砷酸钛氧铷晶体5为非线性砷酸钛氧铷晶体。
[0044]激光栗浦系统包括脉冲激光栗浦源1、扩束器2、半波片3，太赫兹参量器件包括太赫兹参量器件的后腔镜4、砷酸钛氧铷晶体5、太赫兹参量器件的输出镜6、角度旋转台7、太赫兹娃棱镜親合部件8，太赫兹参量器件的后腔镜4、砷酸钛氧铷晶体5、太赫兹参量器件的输出镜6、太赫兹硅棱镜耦合部件8固定在角度旋转台7上;砷酸钛氧铷晶体5与太赫兹硅棱镜耦合部件8的ZOX面无间隙接触；
[0045]脉冲激光栗浦源I为闪光灯栗浦或者LD栗浦的Nd:YAG调Q脉冲激光，波长为1064.2nm，重复频率为1-100HZ可调的ns级脉冲激光器，最大栗浦能量为IJ，脉冲宽度为
8ns ο
[0046]砷酸钛氧铷晶体5的切割方向Θ= 90°，Φ =0°，非线性砷酸钛氧铷晶体5沿着X轴长度为I = 30mm，沿着y轴的长度为d = 5mm，沿着Z轴的厚度为5mm。
[0047]砷酸钛氧铷晶体5的两端面均镀有100nm-110nm波长的增透膜，侧面抛光。
[0048]太赫兹参量振荡器输出的太赫兹辐射波的频率是可调谐的，通过调整栗浦光与Stokes激光在砷酸钛氧铷晶体5外的出射角度范围为1.8-6.9°，以获得调谐范围为3.42-6.47THZ Atokes激光为受激激子散射过程中产生的与栗浦光频率相近的光束。
[0049]太赫兹参量器件的后腔镜4镀有栗浦光波段的增透膜和100nm-110nm波段的高反膜;太赫兹参量器件的输出镜6在100-1lOOnm波段镀有0.01 %-99.99%的透过率。高反膜的反射率大于95 %。
[0050]冷却系统为循环水冷却系统，在砷酸钛氧铷晶体5侧面均用带有管道的金属块包住，金属块的管道内持续通有循环冷却水，用来给砷酸钛氧铷晶体5降低温度。
[0051 ] 实施例4
[0052]实施例3所述的基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统的工作方法，具体步骤包括:Nd: YAG调Q脉冲激光栗浦源I发出的1064.2nm激光通过扩束器2调整激光光斑直径为2.5mm，然后通过半波片3调整激光偏振态平行于砷酸钛氧铷晶体的z轴，进入太赫兹参量器件中，由于砷酸钛氧铷晶体5的Al振动模233.SCm — I同时具有拉曼和红外活性，因而会产生受激激子散射，产生1080nm附近的Stokes光，同时产生太赫兹福射波，并通过太赫兹娃棱镜阵列8获得输出。砷酸钛氧铷晶体5作为非线性介质，有效的产生Stokes和太赫兹转换，通过旋转角度旋转台来改变入射光的入射角度，即栗浦光与Stokes光在非线性砷酸钛氧铷晶体5外的角度0ext，获得3.42-6.47THZ范围内的可调谐太赫兹输出。
[0053]实施例5
[0054]—种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，如图5所示，包括激光栗浦系统、太赫兹参量器件和冷却系统，太赫兹参量器件包括砷酸钛氧铷晶体5，激光栗浦系统发出栗浦激光沿太赫兹参量器件照射，砷酸钛氧铷晶体5的受激激子散射产生输出频率范围为3.42-6.47THz的太赫兹，砷酸钛氧铷晶体5为非线性砷酸钛氧铷晶体。
[0055]太赫兹参量器件包括太赫兹参量器件的后腔镜4、非线性砷酸钛氧铷晶体5、太赫兹参量器件的输出镜6、角度旋转台7、太赫兹硅棱镜耦合部件8，太赫兹参量器件的后腔镜4、非线性砷酸钛氧铷晶体5、太赫兹参量器件的输出镜6、太赫兹硅棱镜耦合部件8固定在角度旋转台7上;非线性砷酸钛氧铷晶体5与太赫兹娃棱镜親合部件8的ζοχ面无间隙接触;栗浦激光谐振腔包括太赫兹参量器件的后腔镜4、太赫兹参量器件的输出镜6，栗浦激光谐振腔中依次放置激光增益介质14 (Nd: YAG激光晶体)、调Q开关15、起偏器16、半波片3、太赫兹参量器件;栗浦激光系统包括激光二极管LD9、光纤10、親合透镜组11。
[0056]激光二极管LD9端面栗系统是由波长为808nm附近的LD端面栗浦源(最高功率75W)及相应的光纤14(纤芯直径400微米，数值孔径0.22)和耦合透镜组15(1:1成像，工作距离50mm)组成。
[0057]Nd:YAG激光晶体的尺寸为?4mmX5mm，其掺杂浓度为Ι-at.%，两个端面均镀有808nm及100-1lOOnm波长的增透膜(透过率大于99.8%) ο
[0058]调Q开关15由射频输入装置和声光调Q晶体组成，声光调Q晶体的长度为38_，两端面均镀有对100nm-1 10nm波长的增透膜(透过率大于99.8%)；调制频率为l_60kHz可调，通过输入射频波改变调Q晶体的密度，来实现周期性改变激光谐振腔阈值的目的，起到调Q开关作用。
[0059]砷酸钛氧铷晶体5的尺寸为30(x) X5(y) X5(z)mm3，两端面均镀有对100nm-1lOOnm波段的增透膜(透过率大于99.8%)，ΖΟχ平面做抛光处理。
[0060]太赫兹参量器件的后腔镜4、太赫兹参量器件的输出镜6、栗浦激光系统谐振腔后腔镜12、栗浦激光系统谐振腔输出镜17均是平镜，镀有I OOOnm-1 I OOnm波长的高反膜(反射率大于99.8%)。
[0061 ] 实施例6
[0062]实施例5所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统工作方法:激光二极管LD9发出808nm的栗浦光，经光纤10和耦合透镜组H进入Nd: YAG激光晶体，当调Q开关15关闭时，栗浦光转为反转粒子存储起来；当调Q开关15打开时，积攒的大量反转粒子通过受激辐射瞬间转为1064.2nm基频光;具有较高峰值功率的基频光经过太赫兹参量器件中的砷酸钛氧铷晶体5时，由于受激激子散射的作用产生Stokes光与太赫兹辐射波，太赫兹辐射波通过太赫兹硅棱镜耦合部件8获得输出，通过旋转角度旋转台7来改变入射光的入射角度，SP栗浦光与Stokes光在砷酸钛氧铷晶体5外的角度0ext，获得3.42-6.47THZ范围内的可调谐太赫兹输出。
[0063]实施例7
[0064]—种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，如图6所示，包括激光栗浦系统、太赫兹参量器件和冷却系统，太赫兹参量器件包括砷酸钛氧铷晶体5，激光栗浦系统发出栗浦激光沿太赫兹参量器件照射，砷酸钛氧铷晶体5的受激激子散射产生输出频率范围为3.42-6.47THz的太赫兹，砷酸钛氧铷晶体5为非线性砷酸钛氧铷晶体。
[0065]太赫兹参量器件包括太赫兹参量器件的后腔镜4、太赫兹参量器件的输出镜6、砷酸钛氧铷晶体5、角度旋转台7以及冷却恒温系统13，太赫兹参量器件的后腔镜4、太赫兹参量器件的输出镜6、砷酸钛氧铷晶体5以及冷却恒温系统13固定在角度旋转台7上，太赫兹参量器件的后腔镜4、太赫兹参量器件的输出镜6组成栗浦激光谐振腔，栗浦激光谐振腔中依次放置调Q开关15、起偏器16、LD侧面栗浦模块18、激光增益介质14(Nd: YAG激光晶体)、半波片3和太赫兹参量器件。激光栗浦系统包括栗浦激光系统谐振腔后腔镜12、栗浦激光系统谐振腔输出镜17、调Q开关15、起偏器16、LD侧面栗浦模块18、激光增益介质14 (Nd: YAG激光晶体)、半波片3。
[0066]LD侧面栗浦模块18包括波长为808nm附近的LD侧栗激光头(最高功率180W)、驱动电源和水冷箱Ad: YAG激光晶体的尺寸为Φ 3mmX 68mm，其掺杂浓度为l_at.%，两个端面均镀有100nm-1 10nm波段的增透膜(透过率大于99.8 %)。调Q开关15包括射频输入装置和声光调Q晶体，声光调Q晶体的长度为46mm，两端面均镀有对100nm-1lOOnm波段的增透膜(透过率大于99.8%)；调制频率为l-50kHz可调，通过输入射频波改变调Q晶体的密度，来实现周期性改变激光谐振腔阈值的目的，起到调Q开关作用。
[0067]砷酸钛氧铷晶体5的外形结构图如图3所示，X、y、z为砷酸钛氧铷晶体5的X轴、y轴、z轴方向，切割方向θ = 90°，Φ =20°，砷酸钛氧铷晶体5沿着X轴长度为l = 30mm，沿着y轴的长度为d = 15mm,沿着Z轴的厚度为8mm。
[0068]砷酸钛氧铷晶体5的两端面均镀有100nm-110nm波长的增透膜，侧面抛光。
[0069]太赫兹参量器件的后腔镜4、太赫兹参量器件的输出镜6、栗浦激光系统谐振腔后腔镜12、栗浦激光系统谐振腔输出镜17均是平镜，镀有I OOOnm-1 I OOnm波长的高反膜(反射率大于99.8%)。
[0070]LD侧面栗浦模块18产生的808nm栗浦光耦合进入激光增益介质14，所产生的基频光进入到太赫兹参量器件，由于其中的砷酸钛氧铷晶体5的Al振荡模同时具有红外和拉曼效应，因而会产生受激激子散射，产生Stokes光，同时在Stokes发生全反射的部位产生太赫兹输出。砷酸钛氧铷晶体5作为非线性介质，有效的产生Stokes和太赫兹转换，通过旋转角度旋转台7改变入射光的入射角度，即栗浦光与Stokes光在砷酸钛氧铷晶体5外的角度0Mt，获得3.42-6.47THZ范围内的可调谐太赫兹输出。上述调Q开关15、砷酸钛氧铷晶体5均通过冷却恒温系统13进行温度控制，保持温度为20°C。
[0071 ] 实施例8
[0072]实施例7所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统的工作方法，LD侧面栗浦模块发出808nm的栗浦光入射到掺钱忆铝石榴石Nd:YAG晶体，当调Q开关15在关闭时，栗浦光转为反转粒子存储起来；当Q开关15打开时，积攒的大量反转粒子通过受激辐射瞬间转为1064.2nm基频光;具有较高峰值功率的基频光经过太赫兹参量器件中的砷酸钛氧铷晶体5时，由于受激激子散射的作用产生Stokes光，同时在Stokes发生全反射的部位产生太赫兹输出，通过旋转角度旋转台7来改变入射光的入射角度，即栗浦光与Stokes光在砷酸钛氧铷晶体5外的角度0ext，获得3.42-6.47THZ范围内的可调谐太赫兹输出。
[0073]实施例9
[0074]根据实施例5所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，其区别在于，去掉调Q开关15。
[0075]实施例10
[0076]实施例9所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统工作方法:激光二极管LD9发出808nm的栗浦光，经光纤10和耦合透镜组H进入掺钱忆铝石榴石Nd: YAG晶体，通过受激辐射转为1064.Znm基频光;基频光经过太赫兹参量器件中的砷酸钛氧铷晶体5时，由于受激激子散射的作用产生连续运转的StokeS光与太赫兹辐射波，太赫兹波通过太赫兹硅棱镜耦合部件8获得输出，通过旋转角度旋转台7来改变入射光的入射角度，即栗浦光与Stokes光在砷酸钛氧铷晶体5外的角度0ext，获得3.42-6.47THZ范围内的可调谐太赫兹输出。
[0077]实施例11
[0078]根据实施例7所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，其区别在于，砷酸钛氧铷晶体5的切割方向θ = 90°，Φ =0°，酸钛氧铷晶体5沿着X轴长度为l = 30mm,沿着y轴的长度为d = 5mm，沿着Z轴的厚度为5mm。砷酸钛氧铷晶体5的两端面均镀有100nm-
110nm波长的增透膜，侧面抛光。
[0079]实施例12
[0080]—种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，如图7所示，包括激光栗浦系统、太赫兹参量器件和冷却系统，太赫兹参量器件包括砷酸钛氧铷晶体5，激光栗浦系统发出栗浦激光沿太赫兹参量器件照射，砷酸钛氧铷晶体5的受激激子散射产生输出频率范围为3.42-6.47THz的太赫兹，砷酸钛氧铷晶体5为非线性砷酸钛氧铷晶体。
[0081]激光栗浦系统包括脉冲激光栗浦源1、扩束器2、半波片3，脉冲激光栗浦源I为闪光灯栗浦或者LD栗浦的低重频的1-100HZ的ns级脉冲激光器，波长为1064.2nm，重复频率为1-100HZ可调的ns级脉冲激光器，最大栗浦能量为IJ，脉冲宽度为8ns。半波片3用于调整栗浦激光的偏振态与砷酸钛氧铷晶体5的Z轴平行，太赫兹参量器件包括砷酸钛氧铷晶体5和太赫兹娃棱镜親合部件8，砷酸钛氧铷晶体5和太赫兹娃棱镜親合部件8的ζοχ面无间隙接触。
[0082]砷酸钛氧铷晶体5的切割方向Θ= 90°，Φ =0°，θ是栗浦激光与砷酸钛氧铷晶体5z轴的夹角，Φ是指钛氧铷晶体5x轴与砷酸钛氧铷晶体5z轴的夹角，砷酸钛氧铷晶体5沿着X轴长度为I = 30mm，沿着y轴的长度为d = 5mm，沿着Z轴的厚度为5mm，砷酸钛氧铷晶体5的尺寸切割方向不限于此，晶体的尺寸可以根据需要来确定。
[0083]砷酸钛氧铷晶体5的两端面均镀有100nm-110nm波长的增透膜，侧面抛光。
[0084]太赫兹波親合部件8是太赫兹娃棱镜阵列的親合方式。
[0085]冷却系统13为循环水冷却，砷酸钛氧铷晶体5侧面均用带有管道的金属块包住，金属块的管道内持续通有循环冷却水，用来给砷酸钛氧铷晶体5降低温度。
[0086]实施例13
[0087]实施例12所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统工作方法:脉冲激光栗浦源I发出的激光通过扩束器2调整激光光斑大小，然后通过半波片3调整偏振态后进入太赫兹参量器件，由于砷酸钛氧铷晶体5的Al振动模236cm—1同时具有拉曼和红外活性，因而会产生受激激子散射，产生Stokes光，同时产生太赫兹辐射波，并通过太赫兹硅棱镜耦合部件8输出。砷酸钛氧铷晶体5作为非线性介质，有效产生Stokes和太赫兹转换，获得3.42-6.47THZ范围内的太赫兹输出。
【主权项】
1.一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，其特征在于，包括激光栗浦系统、太赫兹参量器件和冷却系统，所述太赫兹参量器件包括砷酸钛氧铷晶体，所述砷酸钛氧铷晶体为非线性砷酸钛氧铷晶体，所述激光栗浦系统发出栗浦激光沿所述太赫兹参量器件照射，所述砷酸钛氧铷晶体的受激激子散射产生输出频率范围为3.42-6.47THZ的太赫兹。2.根据权利要求1所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，其特征在于，所述砷酸钛氧铷晶体的切割方向Θ的取值范围为85-95°，所述Θ是栗浦激光与所述砷酸钛氧铷晶体z轴的夹角;所述砷酸钛氧铷晶体X轴与所述砷酸钛氧铷晶体的Z轴的夹角Φ的取值范围为0-20° ;太赫兹出射面与所述砷酸钛氧铷晶体X轴的切割角度0:的范围为15-45°，所述砷酸钛氧铷晶体的长度1、所述砷酸钛氧铷晶体的宽度d满足以下关系:Ι+d/tanΦι<-(1/tan?i<l03.根据权利要求2所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，其特征在于，所述砷酸钛氧铷晶体的切割方向Θ = 90°。4.根据权利要求2所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，其特征在于，所述非线性砷酸钛氧铷晶体的两端面均镀有增透膜，所述太赫兹出射面做抛光处理。5.根据权利要求2所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，其特征在于，所述太赫兹参量器件还包括太赫兹参量器件的后腔镜、太赫兹参量器件的输出镜，所述激光栗浦系统发出的激光沿所述太赫兹参量器件的后腔镜、所述砷酸钛氧铷晶体、所述太赫兹参量器件的输出镜依次射出。6.根据权利要求5所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，其特征在于，所述太赫兹参量器件的后腔镜镀有在Stokes波段的高反膜，所述Stokes波段的波长范围为1070-1100nm。7.根据权利要求1所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，其特征在于，所述太赫兹参量器件还包括太赫兹波耦合部件，所述太赫兹波耦合部件是硅材料棱镜，所述硅材料棱镜与所述非线性砷酸钛氧铷晶体的xz面无缝隙接触。8.根据权利要求1所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统，其特征在于，所述激光栗浦系统为LD栗浦的连续激光系统、准连续的重复频率为10HZ-1OOkHZ的脉冲激光系统、闪光灯栗浦或LD栗浦的低重频的1-100HZ的激光系统;所述激光栗浦系统在所述非线性砷酸钛氧铷晶体中提供的功率密度不低于10Mff/cm3 ；所述冷却系统为循环水冷却系统或半导体制冷系统。9.权利要求1-8任一所述的一种基于砷酸钛氧铷晶体的太赫兹产生系统的工作方法，其特征在于，具体步骤包括:所述激光栗浦源系统发出的栗浦激光进入所述太赫兹参量器件的所述非线性砷酸钛氧铷晶体中，与所述非线性砷酸钛氧铷晶体中同时具有拉曼与红外活性的晶体振动模相互作用，产生受激激子散射，在所述太赫兹参量器件内形成Stokes激光，同时产生太赫兹福射波，利用娃棱镜親合阵列親合方式或者通过垂直太赫兹出射面发射的方式获得太赫兹福射输出。
【文档编号】H01S1/02GK106099625SQ201610739365
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月26日
【发明人】张行愚, 李圆, 高飞龙, 刘兆军, 丛振华, 秦增光, 吴东
【申请人】山东大学