一种太赫兹参量源耦合结构及其工作方法
【专利摘要】本发明涉及一种太赫兹参量源耦合结构及其工作方法。所述太赫兹参量源耦合结构，包括太赫兹参量晶体和二氧化硅棱镜阵列；太赫兹参量晶体的两端面均镀有1000nm－1100nm波长的增透膜；二氧化硅棱镜阵列耦合在太赫兹参量晶体的输出端面。本发明所述太赫兹参量源耦合结构，在太赫兹参量源晶体的尺寸允许下，利用较大角度切割的二氧化硅棱镜与晶体键合的方式，获得太赫兹波的输出，并增加了泵浦光和斯托克斯光在晶体内的相互作用面积，提高了太赫兹的输出效率。
【专利说明】
一种太赫兹参量源耦合结构及其工作方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种太赫兹参量源親合结构及其工作方法，属于太赫兹激光器的技术领域。
【背景技术】
[0002]太赫兹光参量技术是一种产生斯托克斯光及太赫兹波的重要技术，通过某些晶体的受激电磁偶子散射可以获得斯托克斯光，以及太赫兹波段的连续可调谐激光。这种基于受激电磁偶子散射的太赫兹源具有调谐范围大，峰值能量高等优点。
[0003]现已发现的太赫兹参量晶体通常为非线性晶体铌酸锂、磷酸钛氧钾等。整个太赫兹参量过程是一个复杂二阶和三阶非线性混合的过程。而由于太赫兹波在太赫兹参量晶体的折射率远大于栗浦光和斯托克斯光，因此三者在太赫兹晶体内只能满足非共线相位匹配，从而导致太赫兹波会同栗浦光呈一个较大的相位匹配角度产生。这样的非共线过程使得在晶体表面有一个极小的全反射角的太赫兹波难以输出。因此，为了获得我们需要的太赫兹波，需要对太赫兹参量晶体进行耦合设计。
[0004]现有的方式基本分为两种，垂直输出耦合设计以及Si阵列耦合输出设计。垂直耦合输出设计可以使得太赫兹波在晶体端面垂直出射，然而由于太赫兹波在晶体内的折射率很大，这样的垂直出射反射系数依然很高，仍有很大比例的太赫兹波没有被耦合出来。而Si阵列耦合输出，已经能够获得比较好的输出效果，由于Si棱镜阵列的角度较小，导致栗浦光和斯托克斯光在晶体内相互作用面积较小，对栗浦光的利用率并不够。关于硅阵列耦合输出，中国专利CN102386549A公开了一种基于差频切伦科夫效应的可调谐太赫兹辐射源及调制方法。该发明采取的技术方案是，基于差频切伦科夫效应的可调谐太赫兹辐射源，由激光器，倍频晶体，双波长参量振荡器、谐波镜、偏振滤波片、合束镜、柱透镜和差频晶体组成，倍频晶体与双波长参量振荡器之间放置有谐波镜;双波长参量振荡器为II类相位匹配KTP晶体OPO;在参量振荡器与差频晶体之间设置有偏振滤波片、合束镜和柱透镜;差频晶体为掺氧化镁铌酸锂晶体，分子式为MgO: LiNb03或MgO: LN，产生的THz波由差频晶体侧面的Si棱镜親合输出。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提供一种太赫兹参量源耦合结构。
[0006]本发明还提供一种上述太赫兹参量源耦合结构的工作方法。
[0007]发明概述:
[0008]本发明提供基于太赫兹参量源的新型耦合结构。具体是基于太赫兹参量源晶体的耦合结构。与现有的太赫兹耦合输出方式的不同，本发明基于二氧化硅的阵列耦合输出原理，通过对二氧化硅晶体的以大角度切割，键合在长条状的太赫兹参量源晶体的太赫兹波输出表面，耦合出太赫兹波。通过大角度切割，减小栗浦光相对晶体的入射角，增加了栗浦光和斯托克斯光的相互作用面积，弥补了现有的硅阵列耦合输出相互作用面积小的缺点，能够获得低损耗的太赫兹激光的输出，大大提高了太赫兹参量振荡器的耦合产生效率，使得太赫兹波的输出提高了 0.5倍。
[0009]本发明的技术方案为:
[0010]—种太赫兹参量源親合结构，包括太赫兹参量晶体和二氧化娃棱镜阵列;太赫兹参量晶体的两端面均镀有100nm — I 10nm波长的增透膜;二氧化硅棱镜阵列耦合在太赫兹参量晶体的输出端面。太赫兹参量晶体为同时具有拉曼与红外活性的非线性晶体。
[0011 ] 优选的，所述太赫兹参量晶体为MgO: LiNbO3或者KTP。
[0012]进一步优选的，MgO= LiNbO3的输出端面耦合有多个75°切割的二氧化硅棱镜阵列。
[0013]进一步优选的，KTP的输出端面耦合有多个60°切割的二氧化硅棱镜阵列。
[0014]—种上述太赫兹参量源親合结构的工作方法，包括步骤如下:
[0015]激光栗浦光源产生的栗浦光掠入射太赫兹参量晶体，并与太赫兹参量晶体的拉曼与红外活性振动模相互作用，产生受激激子散射，输出太赫兹波;太赫兹波在太赫兹参量晶体的输出端面以低于全反射角的角度折射进入低损耗的二氧化硅棱镜阵列，并从二氧化硅棱镜阵列端面输出。
[0016]优选的，太赫兹波从二氧化硅棱镜阵列端面垂直出射。在晶体尺寸允许下，尽量减小栗浦光入射角度，可以增大栗浦光和斯托克斯光的光斑尺寸。
[0017]优选的，激光栗浦光源为准连续的重复频率为lOOHz-lOOkHz的脉冲激光系统、闪光灯栗浦的1-1OOHz的激光系统或者LD栗浦的低重频的1-1OOHz的激光系统;激光栗浦光源的栗浦功率密度彡20Mff/cm2 ο
[0018]优选的，LD栗浦的低重频的1-1OOHz的激光系统包括，激光二极管LD、栗浦源、激光增益介质和激光谐振腔，激光谐振腔包括后腔镜、输出镜和调Q装置；后腔镜为透过率为70%的高斯镜。
[0019]优选的，闪光灯栗浦包括栗浦闪光灯、闪光灯栗浦系统驱动电源、激光增益介质、激光谐振腔和冷却系统，激光谐振腔包括后腔镜、输出镜和调Q装置；后腔镜为透过率为70%的高斯镜。
[0020]优选的，激光谐振腔是直腔或者折叠腔；当激光谐振腔为折叠腔时，折叠腔内还设置有折叠镜。当激光谐振腔为折叠腔时须加入折叠镜以改变光路途径。
[0021]激光谐振腔内的调Q装置与激光增益介质的相对位置可进行调换;在LD侧面栗浦与闪光灯栗浦的情况下，谐振腔内的侧栗模块或者灯栗模块以及激光增益介质、调Q装置的相对位置可相互进行调换。
[0022]进一步优选的，激光增益介质为掺钕或掺镱的以下诸晶体中的一种:钇铝石榴石、钒酸钇、钒酸钆、钒酸镥、氟化钇锂、铝酸钇、钆镓石榴石、钨酸钆钾;或者，键合晶体钇铝石榴石/掺钕钇铝石榴石、钒酸钇/掺钕钒酸钇诸晶体。
[0023]再进一步优选的，所述的激光增益介质的掺杂浓度，当掺钕时为0.05_at.%?3-at.% ;掺镱时为0.05-at.%?10_at.%。
[0024]进一步优选的，激光增益介质的两个端面均镀有对栗浦光波段及100nm — IlOOnm
波段的增透膜。
[0025]优选的，调Q装置为电光调Q装置或声光调Q装置；
[0026]声光调Q装置包括射频输入装置和调Q晶体，调Q晶体的两端面均镀有100nm—I 10nm波长的增透膜;调制频率为IHz — 10KHz;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；
[0027]电光调Q装置包括电光晶体和驱动电源，调制频率为IHz— 100kHz;利用晶体的电光效应，对通过其中的激光的相位产生调制，进而改变偏振态，完成开、关门过程。
[0028]进一步优选的，冷却系统为循环水冷却系统或半导体制冷系统;循环水冷却系统包括包围设置在晶体侧面的带有管道的金属块，金属块的管道内持续通有循环冷却水;半导体制冷系统为包围设置在晶体侧面半导体制冷块。
[0029]本发明的有益效果为:
[0030]1.本发明所述太赫兹参量源耦合结构，在太赫兹参量源晶体的尺寸允许下，利用较大角度切割的二氧化硅棱镜与晶体键合的方式，获得太赫兹波的输出，并增加了栗浦光和斯托克斯光在晶体内的相互作用面积，提高了太赫兹的输出效率；
[0031]2.本发明所述太赫兹参量源耦合结构，通过大角度切割，减小栗浦光相对晶体的入射角，增加了栗浦光和斯托克斯光的相互作用面积，弥补了现有的硅阵列耦合输出相互作用面积小的缺点，能够获得低损耗的太赫兹激光的输出，大大提高了太赫兹参量振荡器的耦合产生效率，使得太赫兹波的输出提高了 0.5倍。
【附图说明】
[0032]图1为本发明所述太赫兹参量源耦合结构的示意图；
[0033]图2为基于太赫兹参量源耦合结构的外腔栗浦的太赫兹参量振荡器的光路结构示意图；
[0034]图3为基于太赫兹参量源耦合结构的LD侧面连续栗浦系统的内腔太赫兹参量振荡器的光路结构示意图；
[0035]图4为闪光灯栗浦的基于太赫兹参量源耦合结构的种子注入式太赫兹参量源的光路结构不意图；
[0036]其中，1.栗浦激光谐振腔后腔镜；2.恒温冷却系统;3.调Q装置;4.起偏器;5.激光增益介质;6.闪光灯栗浦系统;7.栗浦激光谐振腔输出镜;8.半波片;9.斯托克斯光高反镜；10.铌酸锂晶体;11.二氧化硅棱镜阵列；12.斯托克斯光输出镜；13.旋转平台；14.侧面栗浦模块；15.输出光纤；16.親合透镜系统；17.栗浦光扩束器；18.连续种子激光器；19.种子光扩束器;20.种子光高反镜。
【具体实施方式】
[0037]下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0038]实施例1
[0039]如图1所示。
[0040]—种太赫兹参量源親合结构，包括太赫兹参量晶体和二氧化娃棱镜阵列;太赫兹参量晶体的两端面均镀有11 OOnm波长的增透膜;二氧化娃棱镜阵列親合在太赫兹参量晶体的输出端面。所述太赫兹参量晶体为MgO: LiNbO3。
[0041 ] 实施例2
[0042]如实施例1所述的太赫兹参量源親合结构，其区别在于，所述太赫兹参量晶体为KTPo
[0043]实施例3
[0044]如实施例1所述的太赫兹参量源耦合结构，其区别在于，MgO= LiNbO3的输出端面耦合有六个75°切割的二氧化硅棱镜阵列。
[0045]实施例4
[0046]如实施例2所述的太赫兹参量源耦合结构，其区别在于，KTP的输出端面耦合有六个60°切割的二氧化硅棱镜阵列。
[0047]实施例5
[0048]一种如实施例1-4所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，包括步骤如下:
[0049]激光栗浦光源产生的栗浦光掠入射太赫兹参量晶体，并与太赫兹参量晶体的拉曼与红外活性振动模相互作用，产生受激激子散射，输出太赫兹波;太赫兹波在太赫兹参量晶体的输出端面以低于全反射角的角度折射进入低损耗的二氧化硅棱镜阵列，并从二氧化硅棱镜阵列端面输出。
[0050]实施例6
[0051 ] 一种如实施例5所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其区别在于，太赫兹波从二氧化硅棱镜阵列端面垂直出射。在晶体尺寸允许下，尽量减小栗浦光入射角度，可以增大栗浦光和斯托克斯光的光斑尺寸。
[0052]实施例7
[0053]如实施例5所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其区别在于，激光栗浦光源为准连续的重复频率为lOOHz-lOOkHz的脉冲激光系统；激光栗浦光源的栗浦功率密度多20Mff/cm2o
[0054]实施例8
[0055]如实施例7所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其区别在于，激光栗浦光源为闪光灯栗浦的1-1OOHz的激光系统；闪光灯栗浦包括栗浦闪光灯、闪光灯栗浦系统驱动电源、激光增益介质、激光谐振腔和冷却系统，激光谐振腔包括后腔镜、输出镜和调Q装置;后腔镜为透过率为70 %的高斯镜。激光谐振腔是直腔。
[0056]实施例9
[0057]如实施例7所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其区别在于，激光栗浦光源为LD栗浦的低重频的1-1 OOHz的激光系统;LD栗浦的低重频的1-1 OOHz的激光系统包括，激光二极管LD、栗浦源、激光增益介质和激光谐振腔;激光谐振腔包括后腔镜、输出镜和调Q装置;后腔镜为透过率为70%的高斯镜;激光谐振腔是折叠腔;折叠腔内还设置有折叠镜。当激光谐振腔为折叠腔时须加入折叠镜以改变光路途径。
[0058]实施例10
[0059]如实施例9所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其区别在于，激光增益介质为掺钕钇铝石榴石;掺杂浓度为0.05-at.%。
[0060]实施例11
[0061]如实施例9所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其区别在于，激光增益介质为掺镱钇铝石榴石;掺杂浓度为10-at.%。
[0062]实施例12
[0063]如实施例8所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其区别在于，激光增益介质的两个端面均镀有对栗浦光波段及100nm — IlOOnm波段的增透膜。
[0064]实施例13
[0065]如实施例8或9所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其区别在于，调Q装置3为电光调Q装置；电光调Q装置包括电光晶体和驱动电源，调制频率为IHz — 10kHz;利用晶体的电光效应，对通过其中的激光的相位产生调制，进而改变偏振态，完成开、关门过程。
[0066]实施例14
[0067]如实施例13所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其区别在于，调Q装置为声光调Q装置；声光调Q装置包括射频输入装置和调Q晶体，调Q晶体的两端面均镀有I OOOnm —I 10nm波长的增透膜;调制频率为IHz — 10KHz;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；
[0068]实施例15
[0069]如实施例8所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其区别在于，冷却系统为循环水冷却系统;循环水冷却系统包括包围设置在晶体侧面的带有管道的金属块，金属块的管道内持续通有循环冷却水。
[0070]实施例16
[0071]如图2所示。
[0072]—种基于实施例1-4所述太赫兹参量源親合结构的外腔栗浦的太赫兹参量振荡器，包括栗浦激光谐振腔后腔镜1、恒温冷却系统2、电光调Q装置、起偏器4、激光增益介质5、闪光灯栗浦系统6、栗浦激光谐振腔输出镜7、半波片8、斯托克斯光高反镜9、MgO: LiNbO3
10、二氧化硅棱镜阵列11、斯托克斯光输出镜12、旋转平台13。栗浦激光谐振腔后腔镜I和栗浦激光谐振腔输出镜7构成栗浦激光振荡的谐振腔;激光增益介质5为掺钕钇铝石榴石激光晶体;调Q装置3、起偏器4以及闪光灯栗浦系统6，共同构成太赫兹参量激光器的栗浦系统；二氧化硅棱镜阵列11是如图1示的参照MgO: LiNbO3的75°切割方式。
[0073]栗浦光与MgO = LiNbO3通光方向的夹角为7.95-8.13°。通过调节夹角的变化，可以实现对太赫兹波l-3THz输出的连续调谐。
[0074]激光增益介质5为Nd: YAG晶体，其尺寸为Φ 6mm X 10mm，其掺杂浓度为l_at.% ;两个端面均镀有100nm — I 10nm波长的增透膜(透过率大于99.8%) ο
[0075]调Q装置3由高压电源和电光调Q晶体组成，调Q晶体的长度为40mm;两端面均镀有对100nm — IlOOnm波长的增透膜(透过率大于99.8%);调制频率为10Hz。
[0076]太赫兹参量晶体为Mg0:LiNb0310，晶体长度为60mm，宽度为5mm，Mg0:LiNb0310沿着z轴的高度为10mm，两端面均镀有对100nm — IlOOnm波段的增透膜(透过率大于99.8% )。
[0077]所述的二氧化硅棱镜阵列11为6个同等大小的直角三角形，太赫兹出射面同MgO:LiNbO31呈75°，且单个二氧化硅棱镜斜边为10mm，二氧化硅棱镜沿着z轴的高度为10mm。
[0078]栗浦激光谐振腔后腔镜I为平镜，镀有100nm— IlOOnm波段的高反膜(反射率大于99.8%)o
[0079]栗浦激光谐振腔输出镜7在1.064微米附近波长的镀膜透过率为80%。所述的栗浦激光的谐振腔腔长为370mm。所述的太赫兹参量振荡器的谐振腔腔长为130mm。所述的斯托克斯光高反镜9为平镜，镀有100nm — I 10nm波段的高反膜(反射率大于99.8%)。所述斯托克斯光输出镜12为平镜，镀有100nm — IlOOnm波段的高反膜(反射率大于70%) ο
[0080] 实施例17
[0081 ] 一种如实施例16所述太赫兹参量振荡器的工作方法，包括步骤如下:
[0082]闪光灯栗浦系统6激发激光增益介质5，产生的基频光通过栗浦激光谐振腔输出镜7输出，通过半波片8调整偏振态，通过旋转平台13使得栗浦光以进入MgO = LiNbO3 10中，产生受激激子散射，栗浦光和斯托克斯光相互作用产生太赫兹输出，通过二氧化硅棱镜阵列11耦合输出。MgO = LiNbO3 10作为太赫兹参量源晶体，可以有效的产生栗浦光向斯托克斯光和太赫兹光转换，根据栗浦光和晶体通光方向的夹角不同可以获得1-3THZ范围内的可调谐太赫兹光输出。上述激光增益介质5和闪光灯栗浦系统6均通过冷却系统进行恒温控制，保持温度在20 °C。
[0083]本发明所述的新型设计可以使得太赫兹波输出提高0.5倍。
[0084]闪光灯栗浦系统6激发掺钕钇铝石榴石Nd:YAG晶体，当调Q装置3关闭时，栗浦光转为反转粒子存储起来；当调Q装置3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;调节转动平台13使具有较高峰值功率的基频光以一定的夹角进入到MgO:LiNbO3 10，由于振动模的作用，可以通过太赫兹参量过程由太赫斯托克斯光高反镜9、Mg0:LiNb0310以及斯托克斯光输出镜12之间构成太赫兹参量振荡器获得太赫兹光。产生的太赫兹光从Mg0:LiNb03l0内出射，进入二氧化娃棱镜阵列11，以小于全反角的折射角度低损耗出射。在1064.2nm的单脉冲能量为320mJ、重复频率为1Hz，栗浦角度固定为1.5°时，获得太赫兹光能量为6yJ。
[0085]实施例18
[0086]如图3所示。
[0087]—种基于实施例1-4所述太赫兹参量源耦合结构的LD侧面连续栗浦系统的内腔太赫兹参量振荡器，其中LD侧面连续栗浦系统包括激光二极管LD、侧面栗浦模块14、输出光纤15和耦合透镜系统16。栗浦激光谐振腔后腔镜I和栗浦激光谐振腔输出镜7构成栗浦激光振荡的谐振腔，谐振腔中放置的激光增益介质5为掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光晶体、起偏器4以及侧面栗浦模块14、输出光纤15、耦合透镜系统16，共同组成内腔太赫兹参量振荡器的栗浦系统。所述的掺钕钇铝石榴石Nd: YAG晶体的尺寸为Φ 3mm X 68mm，其掺杂浓度为1-at.%两个端面均镀有100nm — I10nm波段的增透膜(透过率大于99.8%)0
[0088]所述的MgO = LiNbO31的尺寸为50X5 X 1mm3两端面均镀有对100nm — I10nm波段的增透膜(透过率大于99.8%)o
[0089]所述的栗浦激光谐振腔后腔镜I为平镜，镀有100nm— IlOOnm波段的高反膜(反射率大于99.8%)。
[0090]所述的栗浦激光谐振腔输出镜7在1.064微米附近波长的镀膜透过率为80%。所述的栗浦激光的谐振腔腔长为200mm。所述的太赫兹参量振荡器的谐振腔腔长为120nm。所述的种斯托克光高反镜9、斯托克斯光输出镜12均为平镜，镀有100nm — IlOOnm波段的高反膜(反射率大于99.8%)。
[0091]实施例19
[0092]如实施例18所述LD侧面连续栗浦的内腔太赫兹参量振荡器的工作方法，包括步骤如下:由LD侧面连续栗浦系统产生的808nm的激光耦合进入激光增益介质5，在栗浦激光谐振腔后腔镜1、栗浦激光谐振腔输出镜7下获得1064nm的基频光振荡。调整旋转平台13后，在栗浦光功率密度达到极高水平下，基频光同晶体通光方向以一定的角度通过MgO:LiNbO31，由于MgO: LiNbOsK^^Ai振动模具有红外和拉曼活性，因而会产生受激激子散射输出斯托克斯光和太赫兹光。斯托克斯光在斯托克斯光输出镜9、太赫兹晶体以及斯托克斯光输出镜12的谐振下形成振荡，获得高能量的太赫兹光在二氧化硅棱镜阵列11的端面输出。上述调Q装置3、MgO = LiNbO31均通过冷却系统进行温度控制，保持温度为20 °C。
[0093]LD侧面连续栗浦系统发出808nm的连续激光入射到掺钕钇铝石榴石Nd: YAG晶体。当1064.2nm基频光达到较高峰值功率时，以一定的夹角经过MgO: LiNbO310时，由于受激激子散射的作用，产生Stokes光并获得振荡。从而获得大能量的太赫兹光的输出，通过调整栗浦激光与种子光光束的角度，可以获得可调谐的太赫兹光。
[0094]实施例20
[0095]如图4所示。
[0096]—种闪光灯栗浦的基于实施例1-4所述太赫兹参量源耦合结构的种子注入式太赫兹参量源，栗浦激光谐振腔后腔镜I和栗浦激光谐振腔输出镜7组成栗浦激光谐振腔。激光放大器的栗浦系统包括侧面栗浦模块14，输出光纤15，耦合透镜系统16，栗浦激光谐振腔后腔镜I和栗浦激光谐振腔输出镜7组成的栗浦激光谐振腔以及栗浦激光谐振腔内依次放置的激光增益介质5为掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光晶体、调Q装置3、起偏器4。种子光由连续种子激光器18输出。系统还包括栗浦光扩束器17，种子光扩束器19，种子光高反镜20。
[0097]NchYAG晶体的尺寸为(i>4mmX5mm，其掺杂浓度为Ι-at.%两个端面均镀有808nm及100nm— I10nm波长的增透膜(透过率大于99.8% )。调Q装置3由射频输入装置和声光调Q晶体组成，调Q晶体的长度为38mm，两端面均镀有对100nm — IlOOnm波长的增透膜(透过率大于99.8%)；调制频率为25KHz，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。MgO = LiNbO3 10的尺寸为50 X5 X 1mm3两端面均镀有对100nm — IlOOnm波段的增透膜(透过率大于99.8%)。所述的栗浦激光谐振腔后腔镜
1、栗浦激光谐振腔输出镜7均是平镜，镀有100nm — IlOOnm波长的高反膜(反射率大于99.8%)。所述的种子光高反镜20为平镜，镀有100nm — IlOOnm波段的高反膜(反射率大于99.8% )。所述的栗浦光扩束器17和种子光扩束器19，两端面均镀有对100nm — I10nm波段的增透膜(透过率大于99.8%)o
[0098]实施例21
[0099]如实施例20所述的种子注入式太赫兹参量源的工作方式，包括步骤如下:由栗浦系统产生的栗浦光耦合进入激光增益介质5，所产生的基频光与种子光系统产生的种子光以一定的夹角进入非线性晶体，由于MgO = LiNbO3K^A1振荡模具有红外和拉曼效应，因而会产生受激激子散射。同时由于种子光的诱导作用，获得放大后的斯托克斯光，同时高能量的太赫兹光。经过二氧化硅棱镜阵列11耦合获得低损耗的太赫兹光输出。在晶体尺寸允许下，调节栗浦光扩束器17和种子光扩束器19以增大栗浦光和种子光的光斑尺寸，使得栗浦光脉冲和种子光脉冲在空间上重叠面积增大，获得最大的种子光放大。上述调Q装置3、激光增益介质5和MgO: LiNb0310均通过冷却系统进行温度控制，保持温度为20°C。
[0100]808nm的栗浦光经输出光纤15和耦合透镜系统16进入掺钕钇铝石榴石Nd: YAG晶体，当声光调Q装置3关闭时，栗浦光转为反转粒子存储起来；当调Q装置3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与连续种子光光源产生的种子光以一定的夹角经过MgO = LiNbO31时，由于受激激子散射的作用可以获得可调谐的放大后的斯托克斯和太赫兹光。太赫兹光经由二氧化硅棱镜阵列11的耦合输出。在晶体尺寸允许下，调节栗浦光扩束器17和种子光扩束器19增大栗浦光和种子光的光斑尺寸，使得栗浦光脉冲和种子光脉冲在空间上相互作用面积，获得大能量最低损耗的太赫兹光输出。在种子光激光器波长连续可调下，调节种子光高反镜20的角度在3.97° -4.06°变化，输出太赫兹波长可以在1-3THz内调谐。
[0101]实施例22
[0102]如实施例16所述的外腔栗浦的太赫兹参量振荡器，其区别在于，利用磷酸钛氧钾晶体作为太赫兹参量源晶体时，二氧化硅阵列的角度为60°。所述激光栗浦光源产生的栗浦光，与所述经太赫兹参晶体的夹角范围是3.57°-4.32°，实现对太赫兹波3.03-6.06THz输出的调谐。
[0103]实施例23
[0104]如实施例18所述的LD侧面连续栗浦系统的内腔太赫兹参量振荡器，其区别在于，利用磷酸钛氧钾晶体作为太赫兹参量源晶体时，二氧化硅阵列的角度为60°。所述激光栗浦光源产生的栗浦光，与所述太赫兹参量晶体的夹角范围是3.57-4.32°，实现对太赫兹波3.03-6.06THz输出的调谐。
[0105]实施例24
[0106]如实施例20所述种子注入式太赫兹参量源，其区别在于，利用磷酸钛氧钾晶体作为太赫兹参量源晶体时，二氧化硅阵列的角度为60°。
[0107]所述种子激光器产生的种子光，与所述太赫兹参量晶体的夹角范围是1.785° -2.16°，实现对太赫兹波3.03-6.06THz输出的调谐。
【主权项】
1.一种太赫兹参量源親合结构，其特征在于，包括太赫兹参量晶体和二氧化娃棱镜阵列;太赫兹参量晶体的两端面均镀有100nm — IlOOnm波长的增透膜;二氧化硅棱镜阵列耦合在太赫兹参量晶体的输出端面。2.根据权利要求1所述的太赫兹参量源耦合结构，其特征在于，所述太赫兹参量晶体为MgO: LiNbO3或者KTP ;MgO: LiNbO3的输出端面耦合有多个75°切割的二氧化硅棱镜阵列;KTP的输出端面耦合有多个60°切割的二氧化硅棱镜阵列。3.—种如权利要求1-2任意一项所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其特征在于，包括步骤如下: 激光栗浦光源产生的栗浦光掠入射太赫兹参量晶体，并与太赫兹参量晶体的拉曼与红外活性振动模相互作用，产生受激激子散射，输出太赫兹波;太赫兹波在太赫兹参量晶体的输出端面以低于全反射角的角度折射进入低损耗的二氧化硅棱镜阵列，并从二氧化硅棱镜阵列端面输出。4.根据权利要求3所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其特征在于，太赫兹波从二氧化硅棱镜阵列端面垂直出射。5.根据权利要求3所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其特征在于，激光栗浦光源为准连续的重复频率为I OOHz-1 OOkHz的脉冲激光系统、闪光灯栗浦的1-1 OOHz的激光系统或者LD栗浦的低重频的1-1 OOHz的激光系统;激光栗浦光源的栗浦功率密度多20Mff/cm2。6.根据权利要求5所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其特征在于，LD栗浦的低重频的1-1OOHz的激光系统包括，激光二极管LD、栗浦源、激光增益介质和激光谐振腔，激光谐振腔包括后腔镜、输出镜和调Q装置;后腔镜为透过率为70 %的高斯镜。7.根据权利要求5所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其特征在于，闪光灯栗浦包括栗浦闪光灯、闪光灯栗浦系统驱动电源、激光增益介质、激光谐振腔和冷却系统，激光谐振腔包括后腔镜、输出镜和调Q装置;后腔镜为透过率为70 %的高斯镜。8.根据权利要求6所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其特征在于，激光谐振腔是直腔或者折叠腔；当激光谐振腔为折叠腔时，折叠腔内还设置有折叠镜;激光增益介质的两个端面均镀有对栗浦光波段及100nm — IlOOnm波段的增透膜。9.根据权利要求6所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其特征在于，调Q装置为电光调Q装置或声光调Q装置； 声光调Q装置包括射频输入装置和调Q晶体，调Q晶体的两端面均镀有100nm — I 10nm波长的增透膜;调制频率为IHz -1OOKHz; 电光调Q装置包括电光晶体和驱动电源，调制频率为IHz — 10kHz。10.根据权利要求7所述太赫兹参量源耦合结构的工作方法，其特征在于，冷却系统为循环水冷却系统或半导体制冷系统;循环水冷却系统包括包围设置在晶体侧面的带有管道的金属块，金属块的管道内持续通有循环冷却水;半导体制冷系统为包围设置在晶体侧面半导体制冷块。
【文档编号】G02F1/35GK106019765SQ201610624771
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月31日
【发明人】张行愚, 吴东, 丛振华, 秦增光, 陈晓寒, 刘兆军
【申请人】山东大学