一种太赫兹波增强的太赫兹波辐射源的制作方法

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太赫兹波辐射源。

背景技术：

太赫兹（THz）波是指频率从0.1THz到10THz的相干电磁辐射，对应的波长为30µm到3mm，在光学领域也被称为远红外辐射，它介于红外波与毫米波之间，在长波长处与毫米波重合，在短波长处与红外波重合，它们均为电磁波谱的一部分。太赫兹波在众多领域有广阔的应用空间：

（1）医学成像与疾病诊断

太赫兹波辐射能量低、具有非电离性，对人体组织具有最小的伤害性，不会像X射线那样剂量过大会对人体有破坏作用。人体不同组织中的水含量及结构与化学成分的光谱差异，太赫兹波成像可以产生很好的对比度，能发现其他成像技术无法观察到的特征，具有对生物材料高分辨率（100µm）成像的潜力。

（2）安全检查与无损探伤

太赫兹波能够部分透过非金属和非极性物质，目前已经制成安检使用的透视器原型机，能够穿透衣物和包装准确地识别传统武器如手枪和刀等。另外，也可以根据生物化学武器和爆炸物的的唯一性光谱，除了能获得它们的图像处，也可以对它们进行有效的识别，有效防止犯罪和恐怖分子的贩毒和破坏活动

（3）环境监测

根据大分子气体在太赫兹波段的指纹特性，如HCN、CO、SO₂、H₂S、NH₃等气体，使得利用太赫兹光谱技术来鉴别化合物的结构探测环境中的污染物成为可能。

（4）THz雷达与通讯。

太赫兹波段存在相对透明的大气窗口，与微波通信相比，波束的方向性好，可以实现大容量、点对点保密通讯。太赫兹波的波长较微波的波长短，因此可以做太赫兹波雷达的体积更小。

太赫兹波辐射源是THz 技术领域中最关键的部分之一，目前面临的主要问题是缺乏能够产生高功率（能量）、宽带可调谐、低成本、便携式、室温下稳定运转的太赫兹波辐射源。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种太赫兹波增强的太赫兹波辐射源，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：

一种太赫兹波增强的太赫兹波辐射源，包括泵浦源、第一抛物面镜、第二抛物面镜、第一PPLN晶体、第二PPLN晶体、第三PPLN晶体、……、第N PPLN晶体；

泵浦源由第一反射镜、KD^*P晶体、偏振片、Nd:YAG激光器泵浦模块和第二反射镜组成；泵浦源发出的泵浦光在由第一反射镜和第二反射镜组成的谐振腔内谐振放大；

往返振荡的泵浦光入射第一PPLN晶体，经前向光学参量效应产生Stokes光、第一太赫兹波和第二太赫兹波，其中沿X轴正向传播的第二太赫兹波为沿X轴正向传播的泵浦光经前向光学参量效应产生，沿X轴负向传播的第一太赫兹波为沿X轴负向传播的泵浦光经前向光学参量效应产生，Stokes光在由第一反射镜和第二反射镜组成的谐振腔中振荡；第一PPLN晶体产生的第一太赫兹波由第一抛物面镜耦合输出，第一PPLN晶体产生的第二太赫兹波作为种子光入射第二PPLN晶体，增强第二PPLN晶体中的前向光学参量效应；

在第二PPLN晶体中，往返振荡的泵浦光经前向光学参量效应产生Stokes光、第一太赫兹波和第二太赫兹波，Stokes光在由第一反射镜和第二反射镜组成的谐振腔中振荡；第二PPLN晶体中产生的第一太赫兹波作为种子光入射第一PPLN晶体，增强第一PPLN晶体中的前向光学参量效应，第二PPLN晶体中产生的第二太赫兹波作为种子光入射第三PPLN晶体，增强第三PPLN晶体中的前向光学参量效应；

在第三PPLN晶体中，往返振荡的泵浦光经前向光学参量效应产生Stokes光、第一太赫兹波和第二太赫兹波，Stokes光在由第一反射镜和第二反射镜组成的谐振腔中振荡；第三PPLN晶体中产生的第一太赫兹波作为种子光入射第二PPLN晶体，增强第二PPLN晶体中的前向光学参量效应，第三PPLN晶体中产生的第二太赫兹波作为种子光入射第四PPLN晶体，增强第四PPLN晶体中的前向光学参量效应；

如此继续下去，在第N PPLN晶体中，往返振荡的泵浦光经前向光学参量效应产生Stokes光、第一太赫兹波和第二太赫兹波，Stokes光在由第一反射镜和第二反射镜组成的谐振腔中振荡；第N PPLN晶体中产生的第一太赫兹波作为种子光入射第N-1 PPLN晶体，增强第N PPLN晶体中的前向光学参量效应，第N PPLN晶体中产生的第二太赫兹波被第二抛物面镜耦合输出。

泵浦源发出的泵浦光的波长为1064nm，脉宽为10ns，重复频率为20KHz，功率为100W，偏振方向为Z轴。

所述第一PPLN晶体、第二PPLN晶体、第三PPLN晶体、……、第N PPLN晶体是完全相同的，极化周期为52.2μm。

所述第一PPLN晶体、第二PPLN晶体、第三PPLN晶体、……、第N PPLN晶体为长方体，尺寸为40mm（X）×5mm（Y）×2mm（Z）。

所述第一反射镜和第二反射镜为平面镜，镀1060-1100nm全反射膜。

所述第一抛物面镜和第二抛物面镜中间开一小孔，仅能通过泵浦光和Stokes光。

本发明提供的一种太赫兹波增强的太赫兹波辐射源与现有的基于参量效应的太赫兹辐射源相比，具有以下优点：

（1）每一块PPLN晶体产生的Stokes光都等同，多块PPLN晶体可以产生功率足够强的Stokes光，从而放大光学参量效应，有效增强太赫兹波输出功率。

（2）在光学参量过程中，太赫兹波作为种子光可以放大光学参量效应，有效增强太赫兹波输出功率。

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

附图说明

图1是本发明实施例的结构原理图。

图2是泵浦光沿X轴正向传播时，PPLN晶体中前向光学参量效应相位匹配示意图，图中k_p、k_s、k_T、k_Λ分别为泵浦光、Stokes光、太赫兹波以及PPLN晶体极化周期的波矢。

图3是泵浦光沿X轴负向传播时，PPLN晶体中前向光学参量效应相位匹配示意图，图中k_p、k_s、k_T、k_Λ分别为泵浦光、Stokes光、太赫兹波以及PPLN晶体极化周期的波矢。

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。

如附图1-3所示，一种太赫兹波增强的太赫兹波辐射源，包括泵浦源、第一抛物面镜5、第二抛物面镜7、第一PPLN晶体C-1、第二PPLN晶体C-2、第三PPLN晶体C-3、……、第N PPLN晶体C-N；

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10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；

往返振荡的泵浦光10入射第一PPLN晶体C-1，经前向光学参量效应产生Stokes光11、第一太赫兹波6和第二太赫兹波8，其中沿X轴正向传播的第二太赫兹波8为沿X轴正向传播的泵浦光10经前向光学参量效应产生，沿X轴负向传播的第一太赫兹波6为沿X轴负向传播的泵浦光10经前向光学参量效应产生，Stokes光11在由第一反射镜1和第二反射镜9组成的谐振腔中振荡；第一PPLN晶体C-1产生的第一太赫兹波6由第一抛物面镜5耦合输出，第一PPLN晶体C-1产生的第二太赫兹波8作为种子光入射第二PPLN晶体C-2，增强第二PPLN晶体C-2中的前向光学参量效应；

在第二PPLN晶体C-2中，往返振荡的泵浦光10经前向光学参量效应产生Stokes光11、第一太赫兹波6和第二太赫兹波8，Stokes光11在由第一反射镜1和第二反射镜9组成的谐振腔中振荡；第二PPLN晶体C-2中产生的第一太赫兹波6作为种子光入射第一PPLN晶体C-1，增强第一PPLN晶体C-1中的前向光学参量效应，第二PPLN晶体C-2中产生的第二太赫兹波8作为种子光入射第三PPLN晶体C-3，增强第三PPLN晶体C-3中的前向光学参量效应；

在第三PPLN晶体C-3中，往返振荡的泵浦光10经前向光学参量效应产生Stokes光11、第一太赫兹波6和第二太赫兹波8，Stokes光11在由第一反射镜1和第二反射镜9组成的谐振腔中振荡；第三PPLN晶体C-3中产生的第一太赫兹波6作为种子光入射第二PPLN晶体C-2，增强第二PPLN晶体C-2中的前向光学参量效应，第三PPLN晶体C-3中产生的第二太赫兹波8作为种子光入射第四PPLN晶体C-4，增强第四PPLN晶体C-4中的前向光学参量效应；

如此继续下去，在第N PPLN晶体C-N中，往返振荡的泵浦光10经前向光学参量效应产生Stokes光11、第一太赫兹波6和第二太赫兹波8，Stokes光11在由第一反射镜1和第二反射镜9组成的谐振腔中振荡；第N PPLN晶体C-N中产生的第一太赫兹波6作为种子光入射第N-1 PPLN晶体C-（N-1），增强第N PPLN晶体C-N中的前向光学参量效应，第N PPLN晶体C-N中产生的第二太赫兹波8被第二抛物面镜7耦合输出。

泵浦源发出的泵浦光10的波长为1064nm，脉宽为10ns，重复频率为20KHz，功率为100W，偏振方向为Z轴。泵浦光10的波长为1064nm时，经前向光学参量效应产生的太赫兹波频率为2THz，产生的Stokes光11的波长为1071.6nm。

第一PPLN晶体C-1、第二PPLN晶体C-2、第三PPLN晶体C-3、……、第N PPLN晶体C-N是完全相同的，极化周期为52.2μm。

第一PPLN晶体C-1、第二PPLN晶体C-2、第三PPLN晶体C-3、……、第N PPLN晶体C-N为长方体，尺寸为40mm（X）×5mm（Y）×2mm（Z）。

泵浦光10在第一PPLN晶体C-1、第二PPLN晶体C-2、第三PPLN晶体C-3、……、第N PPLN晶体C-N中经前向光学参量效应产生的第一太赫兹波6是等同的，产生的第二太赫兹波8是等同的，产生的Stokes光11也是等同的。

第一太赫兹波6为沿X轴负向传播，第二太赫兹波8为沿X轴正向传播，Stokes光11在由第一反射镜1和第二反射镜9组成的谐振腔中谐振，第一太赫兹波6和第二太赫兹波8与Stokes光11共线传播。

第一反射镜1和第二反射镜9为平面镜，镀1060-1100nm全反射膜，第一反射镜1和第二反射镜9构成泵浦光10和Stokes光11的谐振腔。

第一抛物面镜5和第二抛物面镜7中间开一小孔，仅能通过泵浦光10和Stokes光11。

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。