CN102208735B - 一种基于稀土激活硼钼酸盐晶体的太赫兹激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于稀土激活硼钼酸盐晶体的太赫兹激光器。利用一块稀土离子激活硼钼酸盐晶体作为激光增益介质，利用稀土离子在该类晶体中占据两种具有不同晶体场特征格位的特性，采用能被该晶体中的稀土离子有效吸收的光泵浦，就可实现两束具有正交偏振特性，而且输出波长比较接近的激光在激光腔内同时起振。利用具有合适相位匹配方向的非线性光学晶体将此两束激光经非线性差频转换后即可输出太赫兹激光。该器件结构简单紧凑，稳定性和可靠性高。

Description

一种基于稀土激活硼钼酸盐晶体的太赫兹激光器
技术领域
本发明涉及激光晶体及太赫兹固体激光器件领域。
背景技术
太赫兹波一般是指频率在0.1～10THz范围内的电磁波。由于物质在太赫兹波频段的发射、反射和透射光谱中包含有丰富的物理和化学信息，并且太赫兹波与其它光源相比，具有高相干性、低能性和高穿透性等特性，因此它在物理、化学、天文学、生命科学以及军事等领域均具有重要的科学价值和广阔的应用前景。
与其它方法相比，利用非线性差频过程产生太赫兹波辐射的最大优点是泵浦阈值较低，输出功率大，设备简单，且整体器件结构紧凑。差频方法产生太赫兹波的技术关键是要获得两束激光，且这两束光频率差在0.1～10THz范围内，在1μm处两束光波长差一般不大于10nm。然而，目前已有的实现双波长激光输出的技术方案，如光学参量振荡器和双波长输出钛宝石激光器等，其转换效率均比较低，而且光学系统复杂，光路调节比较困难，不适合应用于野外及军事等使用环境比较恶劣的领域。
RBMoO6(R为Sc、Y、La、Gd、Lu元素中某一元素或若干元素的组合)硼钼酸盐晶体属于单斜晶系，空间群为P21/c。硼钼酸盐晶体中具有两种不同晶体结构特征的RO10多面体基团，稀土离子取代硼钼酸盐晶体中的R离子后，就分布在两种具有不同晶体场特征的格位上。处于这两种不同格位上的稀土离子显示出不同的光谱偏振特性和不同波长位置的荧光增益峰，因此就可以在泵浦光的激发下实现两束具有正交偏振特性，而且输出波长比较接近的激光同时起振。
发明内容
本发明的目的是只利用一块稀土离子激活硼钼酸盐激光晶体作为增益介质，利用该类晶体在泵浦光激发下可实现两束正交偏振，而且波长比较接近的激光同时输出的特性，通过非线性差频过程产生太赫兹波。
本发明包括如下技术方案：
1、一种基于稀土激活硼钼酸盐晶体的太赫兹激光器，是由泵浦系统、位于激光腔内的稀土离子激活硼钼酸盐激光晶体和非线性光学晶体以及镀上介质膜的激光输入和输出腔镜组成，其特征在于：该激光器采用一块稀土离子激活硼钼酸盐激光晶体作为激光介质，采用能被该硼钼酸盐激光晶体中的稀土离子有效吸收的光泵浦，实现具有正交偏振特性的双波长激光同时输出。
2、一种如项1所述的太赫兹激光器，其特征在于：所述的稀土离子激活硼钼酸盐激光晶体为RexR1-xBMoO6晶体，其中x＝0.5～50mol％，Re为Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb等某一稀土元素，R为Sc、Y、La、Gd、Lu元素中某一元素或若干元素的组合；所述的非线性光学晶体根据从激光晶体中获得的双波长激光的差频相位匹配需要进行定向切割，使其入射和出射端面与所需的相位匹配方向垂直。
3、如项1所述的太赫兹激光器，其特征在于：将输入腔镜直接镀在激光晶体的入射端面，将输出腔镜直接镀在非线性光学晶体的输出端面，构成一个没有独立输入腔镜和输出腔镜的太赫兹激光器。
4、如项3所述的太赫兹激光器，其特征在于：将激光晶体的输出端面与非线性光学晶体的入射端面粘贴。
5、如项1所述的太赫兹激光器，其特征在于：将非线性光学晶体置于激光腔外。
6、一种如项1所述的太赫兹激光器，其特征在于：在权利要求1的激光晶体和非线性光学晶体间插入调Q或锁模器件，获得太赫兹脉冲激光输出。
7、如项6所述的太赫兹激光器，其特征在于：将输入腔镜直接镀在激光晶体的入射端面，将输出腔镜直接镀在非线性光学晶体的输出端面，构成一个没有独立输入腔镜和输出腔镜的太赫兹脉冲激光器。
8、如项7所述的太赫兹激光器，其特征在于：将激光晶体的输出端面与调Q或锁模器件的入射端面粘贴，将调Q或锁模器件的输出端面与非线性光学晶体的入射端面粘贴。
9、如项6所述的太赫兹激光器，其特征在于：将非线性光学晶体置于激光腔外。
该太赫兹激光器的一种基本构造如附图所示，其中1是激光腔的输入腔镜；2是稀土离子激活的硼钼酸盐激光晶体；3是非线性光学晶体；4是激光腔的输出腔镜；5是端面泵浦的红外光入射方向；6是侧向泵浦的红外光入射方向；7是太赫兹激光出射方向。
利用本发明技术方案制造的太赫兹激光器具有的有益效果是激光器件更加紧凑，在很大程度上克服了器件制造、维护、调整的复杂性，降低了制造和维护成本，提高了运转的稳定性和可靠性，将进一步拓展太赫兹激光的应用领域。
附图说明
附图1为一种基于稀土激活硼钼酸盐晶体的太赫兹激光器结构简图。
具体实施方式
实例1：802nm波长的半导体激光端面泵浦Nd3+:LaBMoO6晶体产生1.57THz激光。
采用一块2mm厚，Nd3+掺杂浓度为1.8at.％的X切片LaBMoO6晶体作为激光增益介质。输入镀膜腔镜在泵浦光波长802nm附近高透(透过率T＞80％)、在Nd3+离子两束基波激光波长附近和经过差频过程产生的太赫兹激光波长处高反(反射率R＞99％)；输出镀膜腔镜在Nd3+离子两束基波激光波长附近高反(反射率R＞99％)、在太赫兹激光波长处高透(透过率T＞70％)。非线性光学晶体ZnGeP2根据从激光晶体中获得的双波长激光的差频相位匹配需要进行定向切割，使其入射和出射端面与所需的相位匹配方向垂直。利用输出波长为802nm的半导体激光器端面泵浦Nd3+:LaBMoO6晶体，可实现两束具有正交偏振性质的1067和1073nm激光在腔内同时起振。这两束基波激光在ZnGeP2晶体中经过非线性差频后即可实现1.57THz的太赫兹激光输出。
实例2：975nm波长的半导体激光端面泵浦Yb3+:LaBMoO6晶体产生1.39THz激光。
采用一块1mm厚，Yb3+掺杂浓度为3.0at.％的X切片LaBMoO6晶体作为激光增益介质。输入镀膜腔镜在泵浦光波长975nm附近高透(透过率T＞80％)、在Yb3+离子两束基波激光波长附近和经过差频过程产生的太赫兹激光波长处高反(反射率R＞99％)；输出镀膜腔镜在Yb3+离子两束基波激光波长附近高反(反射率R＞99％)、在太赫兹激光波长处高透(透过率T＞70％)。非线性光学晶体GaSe根据从激光晶体中获得的双波长激光的差频相位匹配需要进行定向切割，使其入射和出射端面与所需的相位匹配方向垂直。利用输出波长为975nm的半导体激光器端面泵浦Yb3+:LaBMoO6晶体，可实现两束具有正交偏振性质的1035和1040nm激光在腔内同时起振。这两束基波激光在GaSe晶体中经过非线性差频后即可实现1.39THz的太赫兹激光输出。
实例3：802nm波长的半导体激光端面泵浦Nd3+:LaBMoO6晶体产生1.57THz脉冲激光。
直接将Cr4+:YAG被动调Q晶体插入实例1中激光晶体和非线性光学晶体之间，利用802nm半导体激光端面泵浦即可实现1.57THz的太赫兹脉冲激光输出。

Claims (6)

1.一种基于稀土激活硼钼酸盐晶体的太赫兹激光器，是由泵浦系统、位于激光腔内的稀土离子激活硼钼酸盐激光晶体和非线性光学晶体以及镀上介质膜的激光输入和输出腔镜组成，其特征在于：该激光器采用一块稀土离子激活硼钼酸盐激光晶体作为激光介质，采用能被该硼钼酸盐激光晶体中的稀土离子有效吸收的光泵浦，实现具有正交偏振特性的双波长激光同时运转，该双波长激光在非线性光学晶体中再经过非线性差频转换实现太赫兹激光输出；所述的稀土离子激活硼钼酸盐激光晶体为RexR1-xBMoO6晶体，其中x＝0.5～50mol％，Re为Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb中某一稀土元素，R为Sc、Y、La、Gd、Lu元素中某一元素或若干元素的组合；所述的非线性光学晶体根据从激光晶体中获得的双波长激光的差频相位匹配需要进行定向切割，使其入射和出射端面与所需的相位匹配方向垂直。
2.如权利要求1所述的太赫兹激光器，其特征在于：将输入腔镜直接镀在激光晶体的入射端面，将输出腔镜直接镀在非线性光学晶体的输出端面，构成一个没有独立输入腔镜和输出腔镜的太赫兹激光器。
3.如权利要求2所述的太赫兹激光器，其特征在于：将激光晶体的输出端面与非线性光学晶体的入射端面粘贴。
4.一种如权利要求1所述的太赫兹激光器，其特征在于：在权利要求1的激光晶体和非线性光学晶体间插入调Q或锁模器件，获得太赫兹脉冲激光输出。
5.如权利要求4所述的太赫兹激光器，其特征在于：将输入腔镜直接镀在激光晶体的入射端面，将输出腔镜直接镀在非线性光学晶体的输出端面，构成一个没有独立输入腔镜和输出腔镜的太赫兹脉冲激光器。
6.如权利要求5所述的太赫兹激光器，其特征在于：将激光晶体的输出端面与调Q或锁模器件的入射端面粘贴，将调Q或锁模器件的输出端面与非线性光学晶体的入射端面粘贴。
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