一种太赫兹波增强的内腔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领域，具体涉及一种太赫兹波增强的内腔太赫兹波参量振荡器。

背景技术：

太赫兹波（THz），是指频率处于0.1-10THz（1THz=10¹²Hz）范围内的电磁波，位于微波与红外辐射之间，在长波长处与毫米波重合，在短波长处与红外波重合，是电子学与光子学、宏观理论向微观理论的过渡区域。介于微波波段和红外波段之间的太赫兹波具有许多特殊的性质：

（1）大量有机分子、半导体的子带和微带、转动和振动跃迁能量都在太赫兹波范围，太赫兹波的光谱分辨特性使得太赫兹波探测技术，尤其是太赫兹波光谱成像技术，除了能辨别物质的形貌外，还能鉴别物质的组成成分。

（2）从其透过不同材料的光谱及成像来看，太赫兹波辐射能穿透非金属和非极性材料，如纺织品、纸板、塑料、木料等包装物。。

（3）太赫兹波的另一显著特点是它的安全性，能量仅有毫电子伏特，与X射线相比具有低能性，不会引起生物组织的光离化，从而可应用于人体安全检查或生物医学成像等方面。

（4）太赫兹波辐射具有很好的空间、时间相干性。

（5）太赫兹波带宽很宽，能够在目前隐身技术所能对抗的波段之外工作，所以可用它来探测隐身目标，以其作为辐射源的超宽带雷达能够获得隐形飞机的图像。

缺少能够产生高功率、高质量、高效率的太赫兹波，且低成本并能在室温下运转的太赫兹源是目前面临的主要问题。目前太赫兹波的产生方法主要有电子学方法和光子学方法。电子学方法是一般将电磁辐射的波长从毫米波延伸到太赫兹波段，也就相当于一个频率变大的过程，但是当频率大于1THz时会遇到很大的障碍，以至于效率变的很低，同时电子学方法产生的太赫兹波辐射源体积庞大，限制了其在很多领域中的应用。而光子学方法其主要方向就是把可见光或者红外光向太赫兹波段转换。此方法的优势在于产生的太赫兹波辐射源具有很高的相干性和方向性，但是现阶段产生的太赫兹波功率和效率都较低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种太赫兹波增强的内腔太赫兹波参量振荡器，用以解决现有太赫兹波功率低、效率低等问题。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种太赫兹波增强的内腔太赫兹波参量振荡器，包括泵浦源、第一MgO:LiNbO₃晶体（6）、第二MgO:LiNbO₃晶体（7）、第三MgO:LiNbO₃晶体（8）、第三反射镜（10）、第四反射镜（11）和第五反射镜（14）；

泵浦源由第一反射镜（1）、KD^*P晶体（2）、偏振片（3）、Nd:YAG激光器泵浦模块（4）和第二反射镜（9）组成，泵浦源发出的泵浦光（5）在由第一反射镜（1）和第二反射镜（9）组成的谐振腔内谐振放大；

在第一反射镜（1）和第二反射镜（9）之间往返振荡的泵浦光（5）依次入射第一MgO:LiNbO₃晶体（6）、第三MgO:LiNbO₃晶体（8）和第二MgO:LiNbO₃晶体（7），经光学参量效应产生Stokes光（15）、第一太赫兹波（12）和第二太赫兹波（13），Stokes光（15）在由第三反射镜（10）和第四反射镜（11）组成的谐振腔中振荡，第一太赫兹波（12）垂直于第三MgO:LiNbO₃晶体（8）沿Y轴正向出射，第二太赫兹波（13）垂直于第三MgO:LiNbO₃晶体（8）沿Y轴负向出射；第二太赫兹波（13）经第五反射镜（14）反射后再次入射第三MgO:LiNbO₃晶体（8），作为种子光增强光学参量效应，有效放大Stokes光（15）和第一太赫兹波（12）。

所述泵浦源为Nd:YAG脉冲激光器，波长为1064nm，重复频率为15Hz，单脉冲能量为120mJ，偏振方向为Z轴。

所述第一反射镜（1）、第二反射镜（9）、第三反射镜（10）、第四反射镜（11）和第五反射镜（14）均为平面镜，第一反射镜（1）和第二反射镜（9）对泵浦光（5）全反射，第三反射镜（10）和第四反射镜（11）对Stokes光（15）全反射，第五反射镜（14）对太赫兹波全反射。

所述第一反射镜（1）、KD^*P晶体（2）、偏振片（3）、Nd:YAG激光器泵浦模块（4）和第二反射镜（9）的角度可调。

所述第一MgO:LiNbO₃晶体（6）、第二MgO:LiNbO₃晶体（7）、第三MgO:LiNbO₃晶体（8）的光轴沿Z轴，MgO掺杂浓度为5mol%，三块晶体紧贴在一起，沿Y轴对称放置。

所述第一MgO:LiNbO₃晶体（6）和第二MgO:LiNbO₃晶体（7）是完全相同的，晶体在X-Y平面为直角梯形。

所述第三MgO:LiNbO₃晶体（8）在X-Y平面为矩形。

本发明公开的一种太赫兹波增强的内腔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）经光学参量效应产生的两束太赫兹波，其中一束太赫兹波作为种子光可以增强光学参量效应，继而可以有效放大另一束太赫兹波。

（2）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。。

（3）太赫兹波垂直于MgO:LiNbO₃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。

（4）通过改变泵浦光和Stokes光之间的夹角，可以得到频率调谐的太赫兹波，调谐方式简单，操作灵活。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

图2是MgO:LiNbO₃晶体中pump光、Stokes光和THz波相位匹配示意图，图中k_p、k_s、k_T分别为pump光、Stokes光、THz波的波矢，θ角为pump光波矢k_p与Stokes光波矢k_s之间的夹角。

其中，1是第一反射镜；2是KD^*P晶体；3是偏振片；4是Nd:YAG激光器泵浦模块；5是泵浦光；6是第一MgO:LiNbO₃晶体；7是第二MgO:LiNbO₃晶体；8是第三MgO:LiNbO₃晶体；9是第二反射镜；10是第三反射镜；11是第四反射镜；12是第一太赫兹波；13是第二太赫兹波；14是第五反射镜；15是Stokes光。

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，一种太赫兹波增强的内腔太赫兹波参量振荡器，包括泵浦源、第一MgO:LiNbO₃晶体6、第二MgO:LiNbO₃晶体7、第三MgO:LiNbO₃晶体8、第三反射镜10、第四反射镜11和第五反射镜14；

泵浦源由第一反射镜1、KD^*P晶体2、偏振片3、Nd:YAG激光器泵浦模块4和第二反射镜9组成，泵浦源发出的泵浦光5在由第一反射镜1和第二反射镜9组成的谐振腔内谐振放大；

在第一反射镜1和第二反射镜9之间往返振荡的泵浦光5依次入射第一MgO:LiNbO₃晶体6、第三MgO:LiNbO₃晶体8和第二MgO:LiNbO₃晶体7，经光学参量效应产生Stokes光15、第一太赫兹波12和第二太赫兹波13，Stokes光15在由第三反射镜10和第四反射镜11组成的谐振腔中振荡，第一太赫兹波12垂直于第三MgO:LiNbO₃晶体8沿Y轴正向出射，第二太赫兹波13垂直于第三MgO:LiNbO₃晶体8沿Y轴负向出射；第二太赫兹波13经第五反射镜14反射后再次入射第三MgO:LiNbO₃晶体8，作为种子光增强光学参量效应，有效放大Stokes光15和第一太赫兹波12。

泵浦源为Nd:YAG脉冲激光器，波长为1064nm，重复频率为15Hz，单脉冲能量为120mJ，偏振方向为Z轴。

第一反射镜1、第二反射镜9、第三反射镜10、第四反射镜11和第五反射镜14均为平面镜，第一反射镜1和第二反射镜9对泵浦光5全反射，第三反射镜10和第四反射镜11对Stokes光15全反射，第五反射镜14对太赫兹波全反射。

第一反射镜1、KD^*P晶体2、偏振片3、Nd:YAG激光器泵浦模块4和第二反射镜9的角度可调，即可改变泵浦光5的传播方向，从而改变泵浦光5与Stokes光15的夹角，得到频率协调的第一太赫兹波12和第二太赫兹波13。在频率调谐过程中，第一太赫兹波12和第二太赫兹波13的频率始终相等。

如图2所示，改变泵浦光5与Stokes光15的夹角θ，可以得到频率协调的第一太赫兹波12和第二太赫兹波13，当θ角的范围在0.3356°-1.4686°之间变化时，可以得到频率范围在0.8-3.2THz的太赫兹波，同时可以得到波长范围在1067-1076.2nm的Stokes光15。

第一MgO:LiNbO₃晶体6、第二MgO:LiNbO₃晶体7、第三MgO:LiNbO₃晶体8的光轴沿Z轴，MgO掺杂浓度为5mol%，三块晶体紧贴在一起，沿Y轴对称放置。

第一MgO:LiNbO₃晶体6和第二MgO:LiNbO₃晶体7是完全相同的，晶体在X-Y平面为直角梯形，直角梯形的锐角为64.2°，直角梯形沿X轴的两个直角边长度分别为20mm和28.7mm，直角梯形沿Y轴的直角边长度为18mm，直角梯形的斜边长度为20mm。

第三MgO:LiNbO₃晶体8在X-Y平面为矩形，在X轴和Y轴方向的尺寸分别为6mm和2mm。

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。