一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，包括激光泵浦系統(tǒng)和Stokes激光振蕩器，所述的Stokes激光振蕩器包括后腔鏡、輸出鏡和非線性晶體，由激光泵浦系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束經(jīng)過諧振腔內(nèi)的非線性晶體，所述非線性晶體的拉曼與紅外活性振動模，產(chǎn)生受激激子散射，產(chǎn)生非線性參量過程：獲得0.6-3.0THz的太赫茲波。本發(fā)明所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，使用了一種新的晶體設(shè)計，在相同的泵浦條件下，能夠同時獲得N=2,3,4,…,n+1（n為自然數(shù)）束太赫茲波輸出；例，當(dāng)N=5時，與只有一束太赫茲波輸出相比，太赫茲輸出總能量提高了3.6倍。
【專利說明】一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器及其應(yīng)用，屬于振蕩器的【技術(shù)領(lǐng)域】。【背景技術(shù)】
[0002]受激激子散射是一種產(chǎn)生太赫茲輻射的重要技術(shù)，通過某些晶體的受激激子散射可以獲得可見，近紅外，以及太赫茲波段的連續(xù)可調(diào)諧激光。與其他技術(shù)的太赫茲源，如光整流、量子級聯(lián)激光器、以及電學(xué)的太赫茲源相比，這種基于受激激子散射的太赫茲參量源具有可封裝集成、室溫工作、使用方便、便于調(diào)諧、線寬窄等優(yōu)點。太赫茲參量源一直是太赫茲產(chǎn)生領(lǐng)域的研究熱點之一?，F(xiàn)國內(nèi)外已經(jīng)有大量關(guān)于太赫茲參量源的報道，他們主要利用的晶體LiNb03或者Mg0:LiNb03作為非線性轉(zhuǎn)換的工作介質(zhì)，這些參量源的耦合方式一般都是光柵耦合、硅棱鏡、硅棱鏡陣列耦合以及單點的垂直表面發(fā)射的耦合方式?；趩吸c的垂直表面發(fā)射的耦合方式獲得的太赫茲輻射光束具有很好的光束質(zhì)量，但只有單點輸出，在其他相互作用區(qū)域產(chǎn)生的太赫茲輻射均被晶體吸收。因此能否通過對非線性晶體結(jié)構(gòu)的改進以獲得多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲波束，成為本領(lǐng)域所亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，該振蕩器克服現(xiàn)有技術(shù)中耦合效率很低，通過對非線性晶體結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，以獲得多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲波束，大大提高了太赫茲波輸出的耦合效率，使得耦合效率提高2-4倍。
[0004]本發(fā)明還公開了所述多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器的工作方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器,包括激光泵浦系統(tǒng)和Stokes激光振蕩器，所述的Stokes激光振蕩器包括后腔鏡、輸出鏡和非線性晶體，由激光泵浦系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束經(jīng)過諧振腔內(nèi)的非線性晶體，所述非線性晶體的拉曼與紅外活性振動模，產(chǎn)生受激激子散射，產(chǎn)生非線性參量過程:獲得0.6-3.0THz的太赫茲波。本發(fā)明所述的太赫茲參量源在非線性晶體側(cè)面的多點處垂直或者近于垂直耦合輸出。
[0007]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述非線性晶體，所述的非線性晶體為MgO = LiNbO3或者 LiNbO3，所述非線性晶體的切割方向0=90° , 為任意角度，所述0是泵浦激光與非線性晶體Z軸，Z軸即光軸的夾角，Cj5為非線性晶體X軸與非線性晶體側(cè)面的夾角，非線性晶體的長度為1，非線性晶體的寬度為d，太赫茲出射點數(shù)為N，l-d/tan25°〈N ? d/tan25°〈1， 其中N=2，3，4，一11+1, n為自然數(shù)；沿非線性晶體的z軸方向，在非線性晶體的的端面與側(cè)面的夾角分別為65°和115°，兩端面與兩側(cè)面均拋光，沿著非線性晶體z軸視圖，所述非線性晶體為平行四邊形，其中太赫茲出射點數(shù)為N=2，4，6，-2n, n為自然數(shù)；或者所述非線性晶體為等腰梯形，其中太赫茲出射點數(shù)為N=3，5，7，…2n+l，n為自然數(shù)。[0008]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的非線性晶體MgO = LiNbO3或者LiNbO3的兩端面均鍍有 1000nm -1lOOnm波長的增透膜。本發(fā)明中的所有非線性晶體的長度以及在z方向上的厚度均可以根據(jù)具體要求進行選取。
[0009]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的基于受激激子散射的多點表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，所述的太赫茲參量振蕩器輸出的太赫茲輻射波的頻率是可連續(xù)調(diào)諧的，通過調(diào)整泵浦光與Stokes激光在非線性晶體外的出射角度范圍為0.5-3.0°，以獲得調(diào)諧范圍為 0.6-3.0THz。所述Stokes激光為受激激子散射過程中產(chǎn)生的與泵浦光頻率相近的光束。
[0010]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的諧振腔中的后腔鏡鍍有泵浦光波段的增透膜和 1000nm -1lOOnm波段的高反膜；輸出鏡鍍有1000-1lOOnm波段的高反膜。此處所述高反膜，其反射率大于95%，并且該膜對波長為1.07微米的光具有一定的透射率，此處所述一定的透過率范圍為0.01%~99.99%。
[0011]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述激光泵浦系統(tǒng)為LD泵浦的連續(xù)激光系統(tǒng)、準連續(xù)的重復(fù)頻率為IOOHz-1OOkHz的脈沖激光系統(tǒng)、閃光燈泵浦或者LD泵浦的低重頻的1-1OOHz的激光系統(tǒng)；所述激光泵浦系統(tǒng)的泵浦功率密度> 20MW/cm2。
[0012]所述的LD泵浦的連續(xù)激光系統(tǒng)，包括激光二極管LD泵浦源、激光增益介質(zhì)、激光諧振腔，激光諧振腔由后腔鏡和輸出鏡組成；后腔鏡為高反鏡，輸出鏡可以為高反鏡也可以具有一定透過率。
[0013]所述的LD泵浦的1-1OOkHz脈沖激光系統(tǒng)，包括激光二極管LD泵浦源、激光增益介質(zhì)、調(diào)Q模塊、激光諧振腔，激光諧振腔由后腔鏡和輸出鏡組成；后腔鏡為高反鏡，輸出鏡可以為高反鏡也可以具有一定透過率。
[0014]所述的閃光燈泵浦的低重頻的脈沖激光系統(tǒng)，包括泵浦閃光燈、閃光燈泵浦系統(tǒng)驅(qū)動電源、激光增益介質(zhì)、調(diào)Q模塊、激光諧振腔、水冷系統(tǒng)，激光諧振腔由后腔鏡和輸出鏡組成；后腔鏡為高反鏡，輸出鏡可以為高反鏡也可以具有一定透過率。
[0015]所述的激光二極管LD泵浦源可以是連續(xù)光泵浦，也可以是準連續(xù)光泵浦；可以是 LD端面泵浦源，它包括驅(qū)動電源、激光二極管、溫控系統(tǒng)、光纖和耦合透鏡組；也可以是LD 側(cè)面泵浦源，它包括驅(qū)動電源、LD側(cè)泵模塊、水冷系統(tǒng)。
[0016]所述的激光諧振腔是直腔，也可以是折疊腔(折疊腔時須加入折疊鏡以改變光路途徑)，腔長根據(jù)需要設(shè)定，諧振腔的后腔鏡和輸出鏡的曲率半徑和透過率可根據(jù)實際情況選擇。
[0017]所述的激光諧振腔內(nèi)的調(diào)Q開關(guān)與激光增益介質(zhì)的相對位置可進行調(diào)換；在LD側(cè)面泵浦與閃光燈泵浦的情況下，諧振腔內(nèi)的側(cè)泵模塊或者燈泵模塊以及激光增益介質(zhì)、調(diào)Q 開關(guān)、非線性晶體的相對位置可相互進行調(diào)換。
[0018]所述的激光增益介質(zhì)可以是摻釹(Nd)或摻鐿(Yb)的以下諸晶體中的一種:釔鋁石榴石(YAG)、釩酸釔(YV04)、釩酸釓(GdV04)、釩酸镥(LuV04)、氟化釔鋰(YLF)、鋁酸釔 (YAP)、釓鎵石榴石(GGG)、鎢酸釓鉀(KGd(W04)2)等；也可以是鍵合晶體釔鋁石榴石/摻釹釔鋁石榴石(￥46/制:￥46)、釩酸釔/摻釹釩酸釔(YV04/Nd:YV04)諸晶體中的一種。
[0019]所述的激光增益介質(zhì)的摻雜濃度當(dāng)摻釹時為0.05-at.%至3-at.% ;摻鐿時為 0.05-at.%M 10-at.% ?
[0020]所述的激光增益介質(zhì)的兩個端面均鍍有對泵浦光波段及1000nm — IIOOnm波段的增透膜。
[0021]所述的調(diào)Q裝置可以是電光調(diào)Q裝置、聲光調(diào)Q裝置或可飽和吸收體被動調(diào)Q裝置中的任意一種:聲光調(diào)Q裝置由射頻輸入裝置和調(diào)Q晶體組成，調(diào)Q晶體的兩端面均鍍有 1000nm -1IOOnm波長的增透膜；調(diào)制頻率為IHz — IOOKHz，通過輸入射頻波改變調(diào)Q晶體的密度，來實現(xiàn)周期性改變激光諧振腔閾值的目的，起到調(diào)Q開關(guān)作用；電光調(diào)Q裝置由電光晶體和驅(qū)動電源組成，利用晶體的電光效應(yīng)，對通過其中的激光的相位產(chǎn)生調(diào)制，進而改變偏振態(tài)，完成開、關(guān)門過程，調(diào)制頻率為IHz — IOOkHz ;可飽和吸收體是利用材料的激發(fā)、 躍遷特性，受激吸收時關(guān)門、向下躍遷時開門，以此完成對激光的開、關(guān)門控制，調(diào)制頻率為 IHz -1OOkHz。
[0022]所述的冷卻系統(tǒng)有兩種方式:循環(huán)水冷卻——晶體側(cè)面均用帶有管道的金屬塊包住，金屬塊的管道內(nèi)持續(xù)通有循環(huán)冷卻水，用來給晶體降低溫度；半導(dǎo)體制冷——晶體側(cè)面被半導(dǎo)體制冷塊包圍。
[0023]一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器的工作方法如下:
[0024]激光泵浦源系統(tǒng)發(fā)出的泵浦光進入到所述的Stokes激光振蕩器的非線性晶體中，與非線性晶體中同時具有拉曼與紅外活性的晶體振動模相互作用，產(chǎn)生受激激子散射， 在諧振腔內(nèi)形成Stokes激光振蕩，同時產(chǎn)生太赫茲福射波，并在Stokes激光發(fā)生全反射位置的表面垂直耦合出射。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:
[0026]本發(fā)明所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，使用了一種新的晶體設(shè)計，在相同的泵浦條件下，能夠同時獲得N=2，3，4，…，n+1 (n為自然數(shù))束太赫茲波輸出；例，當(dāng)N=5時，與只有一束太赫茲波輸出相比，太赫茲輸出總能量提高了 3.6倍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明中的晶體結(jié) 構(gòu)以及光路示意圖，
[0028]圖2為是本發(fā)明的燈泵外腔泵浦MgO: LiNbO3晶體，N=2時的太赫茲參量源的光路結(jié)構(gòu)示意圖，
[0029]圖3本發(fā)明的燈泵外腔泵浦MgO: LiNbO3晶體，N=3時的太赫茲參量源的光路結(jié)構(gòu)示意圖，
[0030]圖4為本發(fā)明的LD側(cè)面泵浦的調(diào)Q運轉(zhuǎn)的MgO = LiNbO3太赫茲參量振蕩器的光路結(jié)構(gòu)示意圖(N=3),
[0031]圖5為本發(fā)明的LD側(cè)面泵浦的連續(xù)運轉(zhuǎn)的MgO = LiNbO3太赫茲參量振蕩器的光路結(jié)構(gòu)示意圖(N=3),
[0032]圖6為本發(fā)明的LD端面泵浦的調(diào)Q運轉(zhuǎn)的MgO = LiNbO3太赫茲參量振蕩器的光路結(jié)構(gòu)示意圖(N=2),
[0033]圖7為本發(fā)明的LD端面泵浦的連續(xù)運轉(zhuǎn)的MgO = LiNbO3太赫茲參量振蕩器的光路結(jié)構(gòu)示意圖(N=2)。
[0034]其中:1.泵浦激光諧振腔后腔鏡，2.恒溫冷卻系統(tǒng)，3.調(diào)Q開關(guān)，4.起偏器，5.激光增益介質(zhì)，6.閃光燈泵浦系統(tǒng)，7，泵浦激光諧振腔輸出鏡，8.半波片，9.太赫茲參量振蕩器諧振腔后腔鏡，10.太赫茲參量振蕩器非線性晶體，11.太赫茲參量振蕩器諧振腔后腔鏡，12.LD側(cè)面泵浦系統(tǒng)，13.LD泵浦模塊，14.光纖，15.耦合透鏡組。
【具體實施方式】
[0035]現(xiàn)針對說明書附圖和實施例對本發(fā)明做詳細的說明，但不限于此。
[0036]實施例1、
[0037]如圖2，3所示，一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，包括激光泵浦系統(tǒng)和Stokes激光振蕩器,所述的Stokes激光振蕩器包括后腔鏡、輸出鏡和非線性晶體，由激光泵浦系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束經(jīng)過諧振腔內(nèi)的非線性晶體，所述非線性晶體的拉曼與紅外活性振動模，產(chǎn)生受激激子散射，產(chǎn)生非線性參量過程:獲得0.6-3.0THz的太赫茲波。本發(fā)明所述的太赫茲參量源在非線性晶體側(cè)面的多點處垂直或者近于垂直耦合輸出。
[0038]所述非線性晶體,所述的非線性晶體為MgO = LiNbO3或者LiNbO3,所述非線性晶體的切割方向9=90° , 為任意角度，所述0是泵浦激光與非線性晶體z軸，z軸即光軸的夾角，0為非線性晶體X軸與非線性晶體側(cè)面的夾角，非線性晶體的長度為1，非線性晶體的寬度為山太赫茲出射點數(shù)為N，l-d/tan25°〈N ? d/tan25°〈1，其中N=2，3，4，…n+1，n 為自然數(shù)；沿非線性晶體的z軸方向，在非線性晶體的的端面與側(cè)面的夾角分別為65°和 115°，兩端面與兩側(cè)面均拋光，沿著非線性晶體z軸視圖，所述非線性晶體為平行四邊形， 其中太赫茲出射點數(shù)為N=2，4，6，…2n，n為自然數(shù)；或者所述非線性晶體為等腰梯形，其中太赫茲出射點數(shù)為N=3, 5，7，...2n+l, n為自然數(shù)。
[0039]所述的非線性晶體MgO = LiNbO3或者LiNbO3的兩端面均鍍有1000nm — IlOOnm波長的增透膜。本發(fā)明中的所有非線性晶體的長度以及在z方向上的厚度均可以根據(jù)具體要求進行選取。
[0040]所述的基于受激激子散射的多點表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，所述的太赫茲參量振蕩器輸出的太赫茲輻射波的頻率是可連續(xù)調(diào)諧的，通過調(diào)整泵浦光與Stokes激光在非線性晶體外的出射角度范圍為0.5-3.0°，以獲得調(diào)諧范圍為0.6-3.0THz。所述 Stokes激光為受激激子散射過程中產(chǎn)生的與泵浦光頻率相近的光束。
[0041]所述的諧振腔中的后腔鏡鍍有泵浦光波段的增透膜和1000nm — IIOOnm波段的高反膜；輸出鏡鍍有1000-1lOOnm波段的高反膜。此處所述高反膜，其反射率大于95%，并且該膜對波長為1.07微米的光具有一定的透射率，此處所述一定的透過率范圍為0.01%~ 99.99%o`[0042]所述激光泵浦系統(tǒng)為LD泵浦的連續(xù)激光系統(tǒng)、準連續(xù)的重復(fù)頻率為 IOOHz-1OOkHz的脈沖激光系統(tǒng)、閃光燈泵浦或者LD泵浦的低重頻的1-1OOHz的激光系統(tǒng)； 所述激光泵浦系統(tǒng)的泵浦功率密度> 20MW/cm2。
[0043]具體結(jié)構(gòu)如下:
[0044]一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器包括泵浦激光諧振腔后腔鏡1，恒溫冷卻系統(tǒng)2，調(diào)Q開關(guān)3，起偏器4，激光增益介質(zhì)5，閃光燈泵浦系統(tǒng)6，泵浦激光諧振腔輸出鏡7，半波片8，Stokes激光振蕩器后腔鏡9，太赫茲參量源的非線性晶體10，Stokes激光振蕩器輸出鏡11。其中9和11構(gòu)成Stokes激光振蕩器的諧振腔，并與腔內(nèi)放置非線性晶體MgO: LiNbO3晶體10共同構(gòu)成Stokes激光振蕩器；1和7構(gòu)成泵浦激光振蕩的諧振腔，諧振腔中放置的激光增益介質(zhì)5為摻釹釔鋁石榴石(Nd: YAG)激光晶體、電光調(diào)Q開關(guān)3、起偏器4以及閃光燈泵浦系統(tǒng)6，共同組成太赫茲參量源的泵浦系統(tǒng)?；谑芗ぜぷ由⑸涞亩帱c 表面垂直發(fā)射的太赫茲參量源的工作方法如下:由閃光燈泵浦系統(tǒng)6激發(fā)激光增益介質(zhì)5， 所產(chǎn)生的基頻光通過激光諧振腔輸出鏡7輸出，通過半波片8調(diào)整偏振態(tài)后進入Stokes激 光振蕩器中，由于MgO = LINbO3晶體同時具有拉曼和紅外活性，因而會產(chǎn)生受激激子散射，產(chǎn) 生Stokes光，同時在Stokes發(fā)生全反射的部位產(chǎn)生太赫茲輸出。MgO = LINbO3晶體10作為 非線性介質(zhì)，可以有效的產(chǎn)生Stokes和太赫茲轉(zhuǎn)換，根據(jù)入射光的入射角度不同可以獲得 0.6-3.0THz范圍內(nèi)的可調(diào)諧太赫茲輸出。上述Nd = YAG激光晶體5和閃光燈泵浦系統(tǒng)6均 通過冷卻系統(tǒng)進行恒溫控制，保持溫度在20°C。
[0045]所述的激光晶體Nd = YAG晶體5的尺寸為小6mmX IOmm,其摻雜濃度為l_at.%兩 個端面均鍍有IOOOnm -1lOOnm波長的增透膜(透過率大于99.8%)。
[0046]所述的電光調(diào)Q裝置3由高壓電源和調(diào)Q晶體組成，調(diào)Q晶體的長度為40mm，兩端 面均鍍有對IOOOnm -1IOOnm波長的增透膜(透過率大于99.8%);調(diào)制頻率為10Hz。
[0047]所述的MgO: LiNbO3晶體10的尺寸:晶體長度為70臟，寬度為6.25mm,晶體沿著z 軸的高度為10mm，兩端面均鍍有對IOOOnm — IlOOnm波段的增透膜(透過率大于99.8%)， 可以實現(xiàn)五束太赫茲波同時輸出(N=5)。
[0048]所述的激光諧振腔后腔鏡I為平鏡，鍍有IOOOnm — IIOOnm波段的高反膜(反射率 大于 99.8%)。
[0049]所述的激光諧振腔輸出鏡7在1.064微米附近波長的鍍膜透過率為80%。
[0050]所述的泵浦激光的諧振腔腔長為370mm。
[0051 ] 工作流程:閃光燈泵浦系統(tǒng)6激發(fā)摻釹釔鋁石榴石Nd: YAG晶體5，當(dāng)電光調(diào)Q裝置 3關(guān)閉時，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲起來；當(dāng)Q開關(guān)3打開時，積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過受 激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064.2nm基頻光；具有較高峰值功率的基頻光輸出并進入到太赫茲參量 振蕩器的泵浦源，由于MgO = LiNbO3晶體的Al振動模的作用，可以將基頻光轉(zhuǎn)為Stokes光， 同時產(chǎn)生太赫茲輻射波。在1064.2nm的單脈沖能量為100mJ、重復(fù)頻率為10Hz，泵浦角度 固定為1.25。時，獲得單束太赫茲輻射通過Golay Cell測量的電壓幅值為1.75V，五束太 赫茲輸出通過Goaly測量的幅值之和為6.3V，太赫茲輻射的頻率為1.53THz。
[0052]實施例2、
[0053]如圖4所示，如實施例1所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，其 中Stokes激光振蕩器由鏡片9、11以及內(nèi)置的非線性晶體IOMgO = LiNbO3組成;腔鏡1、11 以及鏡片7組成泵浦激光諧振腔，泵浦激光諧振腔中的放置依次為激光二極管LD側(cè)面泵浦 模塊12、聲光調(diào)Q開關(guān)3、起偏器4、激光增益介質(zhì)5Nd: YAG激光晶體、半波片8和Stokes激 光振蕩器，共同組成太赫茲參量振蕩器。基于受激激子散射的多點表面垂直發(fā)射的太赫茲 參量源的工作方法如下:由LD側(cè)面泵浦系統(tǒng)產(chǎn)生的泵浦光耦合進入激光增益介質(zhì)5，所產(chǎn) 生的基頻光通過Mg0:LiNb03晶體10，由于MgO = LiNbO3晶體的Al振動模具有紅外和拉曼活 性，因而會產(chǎn)生受激激子散射，產(chǎn)生Stokes光，同時產(chǎn)生太赫茲輻射波。上述調(diào)Q開關(guān)3、 MgOiLiNbO3晶體10均通過冷卻系統(tǒng)進行溫度控制，保持溫度為20°C。
[0054]所述的激光二極管LD側(cè)面泵浦模塊12是由波長為808nm附近的LD側(cè)泵激光頭 (最高功率180W)、驅(qū)動電源和水冷箱組成的。
[0055]所述的摻釹釔鋁石榴石Nd = YAG晶體5的尺寸為O3mmX68mm，其摻雜濃度為1-at.%兩個端面均鍍有IOOOnm — IlOOnm波段的增透膜(透過率大于99.8%)0
[0056]所述的調(diào)Q裝置3由射頻輸入裝置和聲光調(diào)Q晶體組成，調(diào)Q晶體的長度為46mm， 兩端面均鍍有對IOOOnm -1IOOnm波段的增透膜(透過率大于99.8%);調(diào)制頻率為lOKHz， 通過輸入射頻波改變調(diào)Q晶體的密度，來實現(xiàn)周期性改變激光諧振腔閾值的目的，起到調(diào)Q 開關(guān)作用。
[0057]所述的Mg0:LiNb03晶體10的尺寸為70X6X IOmm3兩端面均鍍有對IOOOnm — I IOOnm波段的增透膜(透過率大于99.8 % )，可以實現(xiàn)五束太赫茲波同時輸出(N=5 )。
[0058]所述的諧振腔腔鏡1、7、8、9、11均是平鏡，鍍有IOOOnm — IlOOnm波長的高反膜 (反射率大于99.8%)。
[0059]工作流程:LD側(cè)面泵浦源發(fā)出808nm的泵浦光入射到摻釹釔鋁石榴石Nd = YAG晶 體5，當(dāng)聲光調(diào)Q裝置3在關(guān)閉時，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲起來；當(dāng)Q開關(guān)3打開時，積攢 的大量反轉(zhuǎn)粒子通過受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064.2nm基頻光；具有較高峰值功率的基頻光經(jīng) 過MgO = LiNbO3晶體10時，由于受激激子散射的作用產(chǎn)生Stokes光與太赫茲輻射波，通過 調(diào)整泵浦激光與Stokes光束的角度，可以獲得可調(diào)諧的太赫茲輸出。
[0060]實施例3、
[0061]如圖6所不,如實施例1所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器， 其中Stokes激光振蕩器由鏡片9、11和非線性晶體IOMgO = LiNbO3組成；腔鏡1、11以及鏡片 7組成泵浦激光諧振腔，泵浦激光諧振腔中的放置依次為激光二極管LD側(cè)面泵浦模塊12、 聲光調(diào)Q開關(guān)3、起偏器4、激光增益介質(zhì)5Nd:YAG激光晶體、半波片8和Stokes激光振蕩 器，共同組成太赫茲參量振蕩器。太赫茲參量源的泵浦系統(tǒng)包括激光二極管LD13，光纖14， 耦合透鏡組15，鏡片1、11和7組成的泵浦激光諧振腔以及泵浦激光諧振腔內(nèi)依次放置的 激光增益介質(zhì)5為摻釹釔鋁石榴石(Nd: YAG)激光晶體、調(diào)Q開關(guān)3、起偏器4、半波片8共 同組成?；谑芗ぜぷ由⑸涞亩帱c表面垂直發(fā)射的太赫茲參量源由上述的泵浦激光系統(tǒng)以 及泵浦激光諧振腔內(nèi)放置的Stokes激光振蕩器組成?；谑芗ぜぷ由⑸涞亩帱c表面垂直 發(fā)射的太赫茲參量源的工作方式如下:由LD端面泵浦系統(tǒng)產(chǎn)生的泵浦光耦合進入激光增 益介質(zhì)5,所廣生的基頻光進入太赫茲參量振蕩器，由于MgO = LiNbO3晶體的Al振蕩|旲具有 紅外和拉曼效應(yīng)，因而會產(chǎn)生受激激子散射，產(chǎn)生Stokes光與太赫茲輻射波。太赫茲波在 Stokes發(fā)生全反射的位置輸出。上述調(diào)Q開關(guān)3、激光增益介質(zhì)5和Mg0:LiNb03晶體10 均通過冷卻系統(tǒng)進行溫度控制，保持溫度為20°C。
[0062]所述的激光二極管LD13端面泵系統(tǒng)是由波長為808nm附近的LD端面泵浦源(最 高功率25W)及相應(yīng)的光纖14 (纖芯直徑400微米，數(shù)值孔徑0.22)和耦合透鏡組15 (1:1 成像,工作距離50mm)組成。
[0063]所述的激光晶體Nd = YAG晶體5的尺寸為小4mmX 5mm,其摻雜濃度為l_at.%兩個 端面均鍍有808nm及IOOOnm — IlOOnm波長的增透膜(透過率大于99.8 %)。
[0064]所述的調(diào)Q裝置3由射頻輸入裝置和聲光調(diào)Q晶體組成，調(diào)Q晶體的長度為38mm， 兩端面均鍍有對IOOOnm -1IOOnm波長的增透膜(透過率大于99.8%);調(diào)制頻率為25KHz， 通過輸入射頻波改變調(diào)Q晶體的密度，來實現(xiàn)周期性改變激光諧振腔閾值的目的，起到調(diào)Q 開關(guān)作用。
[0065]所述的MgO = LiNbO3晶體10的尺寸為70X6X IOmm3兩端面均鍍有對IOOOnm —IIOOnm波段的增透膜(透過率大于99.8 % )，可以實現(xiàn)五束太赫茲波同時輸出(N=5 )。[0066]所述的諧振腔腔鏡1、7、8、9、11均是平鏡，鍍有IOOOnm — IlOOnm波長的高反膜 (反射率大于99.8%)。[0067]工作流程:LD發(fā)出808nm的泵浦光經(jīng)光纖13和耦合透鏡組15進入摻釹釔鋁石榴 石Nd = YAG晶體5，當(dāng)聲光調(diào)Q裝置3關(guān)閉時，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲起來；當(dāng)Q開關(guān)3打 開時，積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064.2nm基頻光；；具有較高峰值功率 的基頻光經(jīng)過MgO = LiNbO3晶體10時，由于受激激子散射的作用產(chǎn)生Stokes光與太赫茲輻 射波，通過調(diào)整泵浦激光與Stokes光束的角度，可以獲得可調(diào)諧的太赫茲輸出。[0068]實施例4、[0069]如實施例1所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，其區(qū)別在于， 只是激光諧振腔內(nèi)依次放置增益介質(zhì)5、起偏器4和電光晶體3。[0070]實施例5、[0071]如實施例2所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，其區(qū)別在于， 只是激光諧振腔內(nèi)依次放置增益介質(zhì)5、起偏器4和調(diào)Q開關(guān)3。[0072]實施例6、[0073]如實施例2所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，其區(qū)別在于， 只是激光諧振腔內(nèi)依次放置增益介質(zhì)5、調(diào)Q開關(guān)3和起偏器4。[0074]實施例7、[0075]如實施例3所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，其區(qū)別在于， 只是諧振腔內(nèi)依次放置激光增益介質(zhì)5、聲光調(diào)Q裝置3和起偏器4。[0076]激光器的工作流程:LD端面泵浦源發(fā)出808nm的泵浦光經(jīng)光纖和耦合透鏡進入 NdiYAG晶體5，當(dāng)聲光調(diào)Q開關(guān)3關(guān)閉時，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲起來；當(dāng)Q開關(guān)3打開 時，積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064.2nm基頻光；具有較高峰值功率的基 頻光經(jīng)過MgO = LiNbO3晶體10時，由于受激激子散射的作用產(chǎn)生Stokes光與太赫茲輻射波， 通過調(diào)整泵浦激光與Stokes光束的角度，可以獲得可調(diào)諧的太赫茲輸出。[0077]實施例8、[0078]如實施例2所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，其區(qū)別在于， 只是去掉調(diào)Q開關(guān)3，或者連續(xù)的太赫茲輻射波運轉(zhuǎn)。[0079]工作流程:LD側(cè)面泵浦源發(fā)出808nm的泵浦光入射到摻釹釔鋁石榴石Nd = YAG晶 體5，產(chǎn)生1064.2nm基頻光；基頻光經(jīng)過MgO:LiNbO3晶體10時，由于受激激子散射的作用 產(chǎn)生Stokes光與太赫茲輻射波，通過調(diào)整泵浦激光與Stokes光束的角度，可以獲得可調(diào)諧 的太赫茲輸出。[0080]實施例9、[0081]如實施例3所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，其區(qū)別在于， 只是所述的聲光調(diào)Q裝置3的射頻波調(diào)制頻率為40kHz ;所述的激光增益介質(zhì)5是摻釹釩 酸釔(Nd:YVO4),其摻雜濃度為0.5%，尺寸為3_X3_X8mm。[0082]激光器的工作流程:LD端面泵浦源發(fā)出808nm的泵浦光經(jīng)光纖和耦合透鏡進入 NdiYVO4晶體5，當(dāng)聲光調(diào)Q裝置3關(guān)閉時，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲起來；當(dāng)Q開關(guān)3打開 時，積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064.7nm基頻光；具有較高峰值功率的基頻光經(jīng)過Mg0:LiNb03晶體10時，由于受激激子散射的作用產(chǎn)生Stokes光與太赫茲輻射 波，通過調(diào)整泵浦激光與Stokes光束的角度，可以獲得可調(diào)諧的太赫茲輸出。[0083]實施例10、[0084]如實施例3所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，其區(qū)別在于， 只是所述的調(diào)Q裝置3為Cr4+:YAG可飽和吸收體被動Q開關(guān)，其小信號透過率為81%。[0085]激光器的工作流程:LD端面泵浦源發(fā)出808nm的泵浦光經(jīng)光纖2和耦合透鏡組3 進入Nd = YVO4晶體5，當(dāng)被動調(diào)Q開關(guān)3關(guān)閉時，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲起來；當(dāng)Q開關(guān)3 打開時，積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064.7nm基頻光；具有較高峰值功率 的基頻光經(jīng)過MgO = LiNbO3晶體10時，由于受激激子散射的作用產(chǎn)生Stokes光與太赫茲輻 射波，通過調(diào)整泵浦激光與Stokes光束的角度，可以獲得可調(diào)諧的太赫茲輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器,其特征在于，該振蕩器包括激光泵浦系統(tǒng)和Stokes激光振蕩器,所述的Stokes激光振蕩器包括后腔鏡、輸出鏡和非線性晶體，由激光泵浦系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束經(jīng)過諧振腔內(nèi)的非線性晶體，所述非線性晶體的拉曼與紅外活性振動模，產(chǎn)生受激激子散射，產(chǎn)生非線性參量過程:獲得0.6-3.0THz的太赫茲波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，其特征在于，所述非線性晶體，所述的非線性晶體為MgO = LiNbO3或者LiNbO3，所述非線性晶體的切割方向0=90°，為任意角度，所述0是泵浦激光與非線性晶體z軸，z軸即光軸的夾角， 小為非線性晶體X軸與非線性晶體側(cè)面的夾角，非線性晶體的長度為1，非線性晶體的寬度為d，太赫茲出射點數(shù)為N，l-d/tan25°〈N ? d/tan25°〈1，其中N=2，3，4，…n+1，n為自然數(shù)；沿非線性晶體的z軸方向，在非線性晶體的的端面與側(cè)面的夾角分別為65°和115°， 兩端面與兩側(cè)面均拋光，沿著非線性晶體z軸視圖，所述非線性晶體為平行四邊形，其中太赫茲出射點數(shù)為N=2, 4，6，---211, n為自然數(shù)；或者所述非線性晶體為等腰梯形，其中太赫茲出射點數(shù)為N=3, 5，7，...2n+l, n為自然數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，其特征在于，所述的非線性晶體MgO:LiNbO3或者LiNbO3的兩端面均鍍有1000nm — IlOOnm波長的增透膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，其特征在于，所述的太赫茲參量振蕩器輸出的太赫茲輻射波的頻率是可連續(xù)調(diào)諧的，通過調(diào)整泵浦光與Stokes激光在非線性晶體外的出射角度范圍為0.5-3.0°，以獲得調(diào)諧范圍為 0.6-3.0THz。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，其特征在于，所述的諧振腔中的后腔鏡鍍有泵浦光波段的增透膜和1000nm — IIOOnm波段的高反膜； 輸出鏡鍍有1000-1lOOnm波段的高反膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器，其特征在于，所述激光泵浦系統(tǒng)為LD泵浦的連續(xù)激光系統(tǒng)、準連續(xù)的重復(fù)頻率為IOOHz-1OOkHz的脈沖激光系統(tǒng)、閃光燈泵浦或者LD泵浦的低重頻的1-1OOHz的激光系統(tǒng)；所述激光泵浦系統(tǒng)的泵浦功率密度≥20MW/cm2。
7.—種如權(quán)利要求1-6所述多點的表面垂直發(fā)射的太赫茲參量振蕩器的工作方法如下:激光泵浦源系統(tǒng)發(fā)出的泵浦光進入到所述的Stokes激光振蕩器的非線性晶體中，與非線性晶體中同時具有拉曼與紅外活性的晶體振動模相互作用，產(chǎn)生受激激子散射，在諧振腔內(nèi)形成Stokes激光振蕩，同時產(chǎn)生太赫茲福射波，并在Stokes激光發(fā)生全反射位置的表面垂直耦合出射。
【文檔編號】H01S1/02GK103500911SQ201310493704
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月19日
【發(fā)明者】張行愚, 王偉濤, 王青圃, 叢振華, 劉兆軍, 陳曉寒 申請人:山東大學(xué)