專利名稱：基于石英晶片為分束片的l型光泵氣體太赫茲激光諧振腔及含有該諧振腔的激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光泵氣體太赫茲激光諧振腔，尤其涉及基于石英晶片作為光譜分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔。屬于太赫茲激光領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光泵氣體太赫茲激光器及其諧振腔的研究較早，目前光泵氣體太赫茲激光器已經(jīng)相對成熟，對于同軸泵浦情況，光泵氣體太赫茲激光器的諧振腔主要分為小孔耦合太赫茲諧振腔和金屬網(wǎng)柵耦合太赫茲諧振腔。小孔耦合太赫茲諧振腔方式，幾乎可以把全部的泵浦光耦合到太赫茲增益區(qū)內(nèi)，泵浦光獲得充分利用，但由于對泵浦光的光束聚焦壓縮，不適用于高泵浦能量的泵浦激光器，另外，其獲得的太赫茲激光的光束質(zhì)量差。金屬網(wǎng)柵耦合太赫茲諧振腔方式，可以獲得較好光束質(zhì)量的太赫茲激光，但由于金屬網(wǎng)柵對泵浦光的透過率低，只能把部分泵浦能量耦合到太赫茲增益區(qū)內(nèi)，因此，其不能充分的利用泵浦激光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決在現(xiàn)有太赫茲諧振腔方式下，獲得的太赫茲激光束質(zhì)量差，不能充分的利用泵浦激光，不能獲得高效率、大能量的光泵氣體太赫茲激光器的問題?，F(xiàn)提供一種基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔及含有該諧振腔的激光器?；谑⒕瑸榉质腖型光泵氣體太赫茲激光諧振腔，它包括=ZnSe增透窗片、Z-cut石英晶片、全反射金鏡、金屬網(wǎng)柵片和TPX窗片、短直筒和長直筒；短直筒的一端與長直筒的側(cè)壁固定連接，并且短直筒的內(nèi)部與長直筒的內(nèi)部連通，短直筒的中心軸線與長直筒的中心軸線的夾角為90° ;長直筒的一端與全反射金鏡固定連接，另一端與TPX窗片固定連接，Z-cut石英晶片和金屬網(wǎng)柵片均位于長直筒內(nèi)，且金屬網(wǎng)柵片位于Z-cut石英晶片和TPX窗片之間，所述金屬網(wǎng)柵片與TPX窗片相互平行，Z-cut石英晶片的中心與金屬網(wǎng)柵片所在平面的距離為60mm ；短直筒的另一端與ZnSe增透窗片固定連接，垂直于ZnSe增透窗片的光束入射至短直筒內(nèi)后，經(jīng)Z-cut石英晶片的反射面反射后、垂直入射至全反射金鏡的反射面，ZnSe增透窗片所在平面與Z-cut石英晶片的中心距離為60mm ；ZnSe增透窗片、全反射金鏡、TPX窗片、短直筒和長直筒形成密閉的腔體。含有上述基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔的激光器，它包括:基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔、金屬原刻光柵、第二 ZnSe增透窗片、二氧化碳激光器放電腔、二氧化碳激光器輸出耦合鏡、二氧化碳激光分束片、真空和配氣系統(tǒng)和太赫茲激光增益氣體儲存腔體；第二 ZnSe增透窗片與二氧化碳激光器放電腔的一端固定連接，二氧化碳激光器輸出耦合鏡與二氧化碳激光器放電腔的另一端固定連接，可旋轉(zhuǎn)的金屬原刻光柵位于第二ZnSe增透窗片一側(cè)，二氧化碳激光器輸出耦合鏡的所在平面與ZnSe增透窗片的所在平面平行，二氧化碳激光分束片位于二氧化碳激光器輸出稱合鏡和ZnSe增透窗片之間；太赫茲激光增益氣體儲存腔體通過真空和配氣系統(tǒng)與基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔用真空波紋管連接。本發(fā)明所述的基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔及含有該諧振腔的激光器利用Z-cut石英晶片作為光譜分束片，并通過Z-cut石英晶片和全反射金鏡構(gòu)成的泵浦激光耦單元把接近全部的泵浦激光耦合到太赫茲增益區(qū)內(nèi)，使泵浦激光得到了充分的利用，因此本發(fā)明所述的基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔適用于高效率和能量超過I焦耳的高泵浦能量的光泵氣體太赫茲激光器；同時金鏡和金屬網(wǎng)柵的相互作用使輸出的激光光斑大、分布均勻、發(fā)散較小，因此提高了太赫茲激光的光束質(zhì)量。


圖1是基于石英晶片作為光譜分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中虛線框內(nèi)是含有基于石英晶片作為光譜分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔的激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:參照圖1具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔，它包括=ZnSe增透窗片1、Z-cut石英晶片
2、全反射金鏡3、金屬網(wǎng)柵片4和TPX窗片5、短直筒6和長直筒7 ；短直筒6的一端與長直筒7的側(cè)壁固定連接,并且短直筒6的內(nèi)部與長直筒7的內(nèi)部連通，短直筒6的中心軸線與長直筒7的中心軸線的夾角為90° ;長直筒7的一端與全反射金鏡3固定連接，另一端與TPX窗片5固定連接，Z-cut石英晶片2和金屬網(wǎng)柵片4均位于長直筒7內(nèi)，且金屬網(wǎng)柵片4位于Z-cut石英晶片2和TPX窗片5之間，所述金屬網(wǎng)柵片4與TPX窗片5相互平行，Z-cut石英晶片2的中心與金屬網(wǎng)柵片4所在平面的距離為60mm ；短直筒6的另一端與ZnSe增透窗片I固定連接，垂直于ZnSe增透窗片I的光束入射至短直筒6內(nèi)后，經(jīng)Z-cut石英晶片2的反射面反射后、垂直入射至全反射金鏡3的反射面，ZnSe增透窗片I所在平面與Z-cut石英晶片2的中心距離為60mm ；ZnSe增透窗片1、全反射金鏡3、TPX窗片5、短直筒6和長直筒7形成密閉的腔體。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
一所述的基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，諧振腔內(nèi)充入有太赫茲增益氣體，所述太赫茲增益氣體為D20、CH3F或NH3，氣體壓強(qiáng)在100Pa-3000Pa之間。
具體實(shí)施方式
三:本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
一或二所述的基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述金屬網(wǎng)柵片4對太赫茲激光的反射率在0.1-0.3之間。
具體實(shí)施方式
四:本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式
一、二或三所述的基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述TPX窗片5對太赫茲激光的透過率在0.82-0.94之間?；谑⒕瑸榉质腖型光泵氣體太赫茲激光諧振腔的工作原理如下:泵浦激光經(jīng)ZnSe增透窗片I入射至密閉的腔體內(nèi)，并以與Z_cut石英晶片2的反射面呈45°的方向射到Z-cut石英晶片2上，Z-cut石英晶片2將泵浦激光反射到全反射金鏡3上，全反射金鏡3將泵浦激光再反射到Z-cut石英晶片2上，期間充分的利用了泵浦激光，使泵浦氣體分子在同一振動能級上的不同轉(zhuǎn)動能級之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)從而形成太赫茲激光，太赫茲激光經(jīng)Z-cut石英晶片2透射到金屬網(wǎng)柵片4上，金屬網(wǎng)柵片4將太赫茲激光反射回全反射金鏡3上，太赫茲激光在全反射金鏡3和金屬網(wǎng)柵片4之間來回振蕩受激輻射放大后從TPX窗片5透射出腔體；由于太赫茲激光在基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔內(nèi)存在損耗，因此在ZnSe增透窗片I與Z-cut石英晶片2、Z_cut石英晶片2與金屬網(wǎng)柵片4之間設(shè)置相應(yīng)距離，可以減少太赫茲激光的損耗并且提高太赫茲激光的利用率。
具體實(shí)施方式
五:參照圖2具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的含有具體實(shí)施方式
一至四任意一個實(shí)施方式所述的基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔的激光器，它包括:基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔、金屬原刻光柵8、第二 ZnSe增透窗片9、二氧化碳激光器放電腔10、二氧化碳激光器輸出f禹合鏡11、二氧化碳激光分束片12、真空和配氣系統(tǒng)13和太赫茲激光增益氣體儲存腔體14 ；第二 ZnSe增透窗片9與二氧化碳激光器放電腔10的一端固定連接，二氧化碳激光器輸出稱合鏡11與二氧化碳激光器放電腔10的另一端固定連接，可旋轉(zhuǎn)的金屬原刻光柵8位于第二 ZnSe增透窗片9 一側(cè)，二氧化碳激光器輸出耦合鏡11的所在平面與ZnSe增透窗片I的所在平面平行，二氧化碳激光分束片12位于二氧化碳激光器輸出耦合鏡11和ZnSe增透窗片I之間;太赫茲激光增益氣體儲存腔體14通過真空和配氣系統(tǒng)13與基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔用真空波紋管連接。本實(shí)施方式所述的含有具體實(shí)施方式
一至四任意一個實(shí)施方式所述的基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔的激光器，在具體實(shí)施時，可結(jié)合太赫茲激光透鏡15、太赫茲激光能量計(jì)16、不波器17和二氧化碳激光光譜儀18來實(shí)現(xiàn)該激光器的應(yīng)用，參見圖2所示。含有基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔的激光器工作原理如下:金屬原刻光柵8、第二 ZnSe增透窗片9、二氧化碳激光器放電腔10和二氧化碳激光器輸出耦合鏡11組成調(diào)諧二氧化碳激光器，該調(diào)諧二氧化碳激光器發(fā)射泵浦激光至二氧化碳激光分束片12，該泵浦激光經(jīng)二氧化碳激光分束片12分束獲得透射激光束和反射激光束，所述反射激光束入射至二氧化碳激光光譜儀18，二氧化碳激光光譜儀18對泵浦激光進(jìn)行波長的檢測，同時配合旋轉(zhuǎn)金屬原刻光柵8來獲得所需泵浦波長，所述透射激光束垂直于ZnSe增透窗片I入射至基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔內(nèi)，經(jīng)TPX窗片5射出的太赫茲激光入射至太赫茲激光透鏡15，該太赫茲激光透鏡15對入射的太赫茲激光進(jìn)行聚焦后射入太赫茲激光能量計(jì)16，太赫茲激光能量計(jì)16對太赫茲激光進(jìn)行能量的測量，最后通過示波器17對太赫茲激光的能量進(jìn)行顯示和讀取；太赫茲激光增益氣體儲存腔體14和真空和配氣系統(tǒng)13將基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔抽成真空，同時向該腔體內(nèi)充入太赫茲增益氣體。
權(quán)利要求
1.基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔，其特征在于，它包括:ZnSe增透窗片(l)、Z-cut石英晶片(2)、全反射金鏡(3)、金屬網(wǎng)柵片(4)和TPX窗片(5)、短直筒(6)和長直筒(7)； 短直筒(6)的一端與長直筒(7)的側(cè)壁固定連接,并且短直筒(6)的內(nèi)部與長直筒(7)的內(nèi)部連通，短直筒(6)的中心軸線與長直筒(7)的中心軸線的夾角為90° ; 長直筒(7)的一端與全反射金鏡(3)固定連接，另一端與TPX窗片(5)固定連接，Z-cut石英晶片(2)和金屬網(wǎng)柵片(4)均位于長直筒(7)內(nèi)，且金屬網(wǎng)柵片(4)位于Z-cut石英晶片⑵和TPX窗片(5)之間，所述金屬網(wǎng)柵片⑷與TPX窗片(5)相互平行，Z-cut石英晶片(2)的中心與金屬網(wǎng)柵片(4)所在平面的距離為60_; 短直筒(6)的另一端與ZnSe增透窗片(I)固定連接，垂直于ZnSe增透窗片(I)的光束入射至短直筒￠)內(nèi)后，經(jīng)Z-cut石英晶片(2)的反射面反射后、垂直入射至全反射金鏡(3)的反射面，ZnSe增透窗片(I)所在平面與Z_cut石英晶片(2)的中心距離為60mm ; ZnSe增透窗片(I)、全反射金鏡(3)、TPX窗片(5)、短直筒(6)和長直筒(7)形成密閉的腔體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔，其特征在于，諧振腔內(nèi)充入有太赫茲增益氣體，所述太赫茲增益氣體為D20、CH3F或順3，氣體壓強(qiáng)在100Pa-3000Pa之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔，其特征在于，所述金屬網(wǎng)柵片(4)對太赫茲激光的反射率在0.1-0.3之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔，其特征在于，所述TPX窗片(5)對太赫茲激光的透過率在0.82-0.94之間。
5.含有權(quán)利要求1、2、3或4所述的基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔的激光器，其特征在于，它包括:基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔、金屬原刻光柵(8)、第二ZnSe增透窗片(9)、二氧化碳激光器放電腔(10)、二氧化碳激光器輸出I禹合鏡(11)、二氧化碳激光分束片(12)、真空和配氣系統(tǒng)(13)和太赫茲激光增益氣體儲存腔體(14)； 第二 ZnSe增透窗片(9)與二氧化碳激光器放電腔(10)的一端固定連接，二氧化碳激光器輸出耦合鏡(11)與二氧化碳激光器放電腔(10)的另一端固定連接，可旋轉(zhuǎn)的金屬原亥IJ光柵⑶位于第二 ZnSe增透窗片(9) 一側(cè)，二氧化碳激光器輸出耦合鏡(11)的所在平面與ZnSe增透窗片(I)的所在平面平行，二氧化碳激光分束片(12)位于二氧化碳激光器輸出I禹合鏡(11)和Zn Se增透窗片(I)之間； 太赫茲激光增益氣體儲存腔體(14)通過真空和配氣系統(tǒng)(13)與基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔用真空波紋管連接。
全文摘要
基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔及含有該諧振腔的激光器，涉及太赫茲激光領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決在現(xiàn)有太赫茲諧振腔方式下，獲得的太赫茲激光束質(zhì)量差，不能充分的利用泵浦激光，不能獲得高效率、大能量的光泵氣體太赫茲激光器的問題。本發(fā)明所述的基于石英晶片為分束片的L型光泵氣體太赫茲激光諧振腔及含有該諧振腔的激光器利用金鏡和金屬網(wǎng)柵的相互作用，可以獲得高光束質(zhì)量的太赫茲激光，同時Z-cut石英晶片作為光譜分束片，并通過Z-cut石英晶片和全反射金鏡對泵浦激光的耦合，使泵浦激光得到了充分的利用，因此本發(fā)明適用于高效率、大能量的光泵氣體太赫茲激光器。
文檔編號H01S3/08GK103166097SQ20131006012
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者曲彥臣, 耿利杰, 趙衛(wèi)疆, 任德明, 陳振雷, 杜軍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)