CN103166097A - 基于石英晶片为分束片的l型光泵气体太赫兹激光谐振腔及含有该谐振腔的激光器 - Google Patents

基于石英晶片为分束片的l型光泵气体太赫兹激光谐振腔及含有该谐振腔的激光器 Download PDF

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基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔及含有该谐振腔的激光器，涉及太赫兹激光领域。本发明是为了解决在现有太赫兹谐振腔方式下，获得的太赫兹激光束质量差，不能充分的利用泵浦激光，不能获得高效率、大能量的光泵气体太赫兹激光器的问题。本发明所述的基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔及含有该谐振腔的激光器利用金镜和金属网栅的相互作用，可以获得高光束质量的太赫兹激光，同时Z-cut石英晶片作为光谱分束片，并通过Z-cut石英晶片和全反射金镜对泵浦激光的耦合，使泵浦激光得到了充分的利用，因此本发明适用于高效率、大能量的光泵气体太赫兹激光器。

Description

基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔及含有该谐振腔的激光器
技术领域
本发明涉及一种光泵气体太赫兹激光谐振腔，尤其涉及基于石英晶片作为光谱分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔。属于太赫兹激光领域。
背景技术
光泵气体太赫兹激光器及其谐振腔的研究较早，目前光泵气体太赫兹激光器已经相对成熟，对于同轴泵浦情况，光泵气体太赫兹激光器的谐振腔主要分为小孔耦合太赫兹谐振腔和金属网栅耦合太赫兹谐振腔。小孔耦合太赫兹谐振腔方式，几乎可以把全部的泵浦光耦合到太赫兹增益区内，泵浦光获得充分利用，但由于对泵浦光的光束聚焦压缩，不适用于高泵浦能量的泵浦激光器，另外，其获得的太赫兹激光的光束质量差。金属网栅耦合太赫兹谐振腔方式，可以获得较好光束质量的太赫兹激光，但由于金属网栅对泵浦光的透过率低，只能把部分泵浦能量耦合到太赫兹增益区内，因此，其不能充分的利用泵浦激光。
发明内容
本发明是为了解决在现有太赫兹谐振腔方式下，获得的太赫兹激光束质量差，不能充分的利用泵浦激光，不能获得高效率、大能量的光泵气体太赫兹激光器的问题。现提供一种基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔及含有该谐振腔的激光器。
基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔，它包括：ZnSe增透窗片、Z-cut石英晶片、全反射金镜、金属网栅片和TPX窗片、短直筒和长直筒；
短直筒的一端与长直筒的侧壁固定连接，并且短直筒的内部与长直筒的内部连通，短直筒的中心轴线与长直筒的中心轴线的夹角为90°；
长直筒的一端与全反射金镜固定连接，另一端与TPX窗片固定连接，Z-cut石英晶片和金属网栅片均位于长直筒内，且金属网栅片位于Z-cut石英晶片和TPX窗片之间，所述金属网栅片与TPX窗片相互平行，Z-cut石英晶片的中心与金属网栅片所在平面的距离为60mm；
短直筒的另一端与ZnSe增透窗片固定连接，垂直于ZnSe增透窗片的光束入射至短直筒内后，经Z-cut石英晶片的反射面反射后、垂直入射至全反射金镜的反射面，ZnSe增透窗片所在平面与Z-cut石英晶片的中心距离为60mm；
ZnSe增透窗片、全反射金镜、TPX窗片、短直筒和长直筒形成密闭的腔体。
含有上述基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔的激光器，它包括：基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔、金属原刻光栅、第二ZnSe增透窗片、二氧化碳激光器放电腔、二氧化碳激光器输出耦合镜、二氧化碳激光分束片、真空和配气系统和太赫兹激光增益气体储存腔体；
第二ZnSe增透窗片与二氧化碳激光器放电腔的一端固定连接，二氧化碳激光器输出耦合镜与二氧化碳激光器放电腔的另一端固定连接，可旋转的金属原刻光栅位于第二ZnSe增透窗片一侧，二氧化碳激光器输出耦合镜的所在平面与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输出耦合镜和ZnSe增透窗片之间；
太赫兹激光增益气体储存腔体通过真空和配气系统与基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔用真空波纹管连接。
本发明所述的基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔及含有该谐振腔的激光器利用Z-cut石英晶片作为光谱分束片，并通过Z-cut石英晶片和全反射金镜构成的泵浦激光耦单元把接近全部的泵浦激光耦合到太赫兹增益区内，使泵浦激光得到了充分的利用，因此本发明所述的基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔适用于高效率和能量超过1焦耳的高泵浦能量的光泵气体太赫兹激光器；同时金镜和金属网栅的相互作用使输出的激光光斑大、分布均匀、发散较小，因此提高了太赫兹激光的光束质量。
附图说明
图1是基于石英晶片作为光谱分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔的结构示意图。
图2中虚线框内是含有基于石英晶片作为光谱分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔的激光器结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔，它包括：ZnSe增透窗片1、Z-cut石英晶片2、全反射金镜3、金属网栅片4和TPX窗片5、短直筒6和长直筒7；
短直筒6的一端与长直筒7的侧壁固定连接，并且短直筒6的内部与长直筒7的内部连通，短直筒6的中心轴线与长直筒7的中心轴线的夹角为90°；
长直筒7的一端与全反射金镜3固定连接，另一端与TPX窗片5固定连接，Z-cut石英晶片2和金属网栅片4均位于长直筒7内，且金属网栅片4位于Z-cut石英晶片2和TPX窗片5之间，所述金属网栅片4与TPX窗片5相互平行，Z-cut石英晶片2的中心与金属网栅片4所在平面的距离为60mm；
短直筒6的另一端与ZnSe增透窗片1固定连接，垂直于ZnSe增透窗片1的光束入射至短直筒6内后，经Z-cut石英晶片2的反射面反射后、垂直入射至全反射金镜3的反射面，ZnSe增透窗片1所在平面与Z-cut石英晶片2的中心距离为60mm；
ZnSe增透窗片1、全反射金镜3、TPX窗片5、短直筒6和长直筒7形成密闭的腔体。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔作进一步说明，本实施方式中，谐振腔内充入有太赫兹增益气体，所述太赫兹增益气体为D2O、CH3F或NH3，气体压强在100Pa-3000Pa之间。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔作进一步说明，本实施方式中，所述金属网栅片4对太赫兹激光的反射率在0.1-0.3之间。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一、二或三所述的基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔作进一步说明，本实施方式中，所述TPX窗片5对太赫兹激光的透过率在0.82-0.94之间。
基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔的工作原理如下：
泵浦激光经ZnSe增透窗片1入射至密闭的腔体内，并以与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将泵浦激光反射到全反射金镜3上，全反射金镜3将泵浦激光再反射到Z-cut石英晶片2上，期间充分的利用了泵浦激光，使泵浦气体分子在同一振动能级上的不同转动能级之间形成粒子数反转从而形成太赫兹激光，太赫兹激光经Z-cut石英晶片2透射到金属网栅片4上，金属网栅片4将太赫兹激光反射回全反射金镜3上，太赫兹激光在全反射金镜3和金属网栅片4之间来回振荡受激辐射放大后从TPX窗片5透射出腔体；
由于太赫兹激光在基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔内存在损耗，因此在ZnSe增透窗片1与Z-cut石英晶片2、Z-cut石英晶片2与金属网栅片4之间设置相应距离，可以减少太赫兹激光的损耗并且提高太赫兹激光的利用率。
具体实施方式五：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的含有具体实施方式一至四任意一个实施方式所述的基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔的激光器，它包括：基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔、金属原刻光栅8、第二ZnSe增透窗片9、二氧化碳激光器放电腔10、二氧化碳激光器输出耦合镜11、二氧化碳激光分束片12、真空和配气系统13和太赫兹激光增益气体储存腔体14；
第二ZnSe增透窗片9与二氧化碳激光器放电腔10的一端固定连接，二氧化碳激光器输出耦合镜11与二氧化碳激光器放电腔10的另一端固定连接，可旋转的金属原刻光栅8位于第二ZnSe增透窗片9一侧，二氧化碳激光器输出耦合镜11的所在平面与ZnSe增透窗片1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输出耦合镜11和ZnSe增透窗片1之间；
太赫兹激光增益气体储存腔体14通过真空和配气系统13与基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔用真空波纹管连接。
本实施方式所述的含有具体实施方式一至四任意一个实施方式所述的基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔的激光器，在具体实施时，可结合太赫兹激光透镜15、太赫兹激光能量计16、示波器17和二氧化碳激光光谱仪18来实现该激光器的应用，参见图2所示。
含有基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔的激光器工作原理如下：
金属原刻光栅8、第二ZnSe增透窗片9、二氧化碳激光器放电腔10和二氧化碳激光器输出耦合镜11组成调谐二氧化碳激光器，该调谐二氧化碳激光器发射泵浦激光至二氧化碳激光分束片12，该泵浦激光经二氧化碳激光分束片12分束获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谱仪18，二氧化碳激光光谱仪18对泵浦激光进行波长的检测，同时配合旋转金属原刻光栅8来获得所需泵浦波长，所述透射激光束垂直于ZnSe增透窗片1入射至基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔内，经TPX窗片5射出的太赫兹激光入射至太赫兹激光透镜15，该太赫兹激光透镜15对入射的太赫兹激光进行聚焦后射入太赫兹激光能量计16，太赫兹激光能量计16对太赫兹激光进行能量的测量，最后通过示波器17对太赫兹激光的能量进行显示和读取；
太赫兹激光增益气体储存腔体14和真空和配气系统13将基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔抽成真空，同时向该腔体内充入太赫兹增益气体。

Claims (5)

1.基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔，其特征在于，它包括：ZnSe增透窗片(1)、Z-cut石英晶片(2)、全反射金镜(3)、金属网栅片(4)和TPX窗片(5)、短直筒(6)和长直筒(7)；
短直筒(6)的一端与长直筒(7)的侧壁固定连接，并且短直筒(6)的内部与长直筒(7)的内部连通，短直筒(6)的中心轴线与长直筒(7)的中心轴线的夹角为90°；
长直筒(7)的一端与全反射金镜(3)固定连接，另一端与TPX窗片(5)固定连接，Z-cut石英晶片(2)和金属网栅片(4)均位于长直筒(7)内，且金属网栅片(4)位于Z-cut石英晶片(2)和TPX窗片(5)之间，所述金属网栅片(4)与TPX窗片(5)相互平行，Z-cut石英晶片(2)的中心与金属网栅片(4)所在平面的距离为60mm；
短直筒(6)的另一端与ZnSe增透窗片(1)固定连接，垂直于ZnSe增透窗片(1)的光束入射至短直筒(6)内后，经Z-cut石英晶片(2)的反射面反射后、垂直入射至全反射金镜(3)的反射面，ZnSe增透窗片(1)所在平面与Z-cut石英晶片(2)的中心距离为60mm；
ZnSe增透窗片(1)、全反射金镜(3)、TPX窗片(5)、短直筒(6)和长直筒(7)形成密闭的腔体。
2.根据权利要求1所述的基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔，其特征在于，谐振腔内充入有太赫兹增益气体，所述太赫兹增益气体为D2O、CH3F或NH3，气体压强在100Pa-3000Pa之间。
3.根据权利要求1所述的基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔，其特征在于，所述金属网栅片(4)对太赫兹激光的反射率在0.1-0.3之间。
4.根据权利要求1所述的基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔，其特征在于，所述TPX窗片(5)对太赫兹激光的透过率在0.82-0.94之间。
5.含有权利要求1、2、3或4所述的基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔的激光器，其特征在于，它包括：基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔、金属原刻光栅(8)、第二ZnSe增透窗片(9)、二氧化碳激光器放电腔(10)、二氧化碳激光器输出耦合镜(11)、二氧化碳激光分束片(12)、真空和配气系统(13)和太赫兹激光增益气体储存腔体(14)；
第二ZnSe增透窗片(9)与二氧化碳激光器放电腔(10)的一端固定连接，二氧化碳激光器输出耦合镜(11)与二氧化碳激光器放电腔(10)的另一端固定连接，可旋转的金属原刻光栅(8)位于第二ZnSe增透窗片(9)一侧，二氧化碳激光器输出耦合镜(11)的所在平面与ZnSe增透窗片(1)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输出耦合镜(11)和ZnSe增透窗片(1)之间；
太赫兹激光增益气体储存腔体(14)通过真空和配气系统(13)与基于石英晶片为分束片的L型光泵气体太赫兹激光谐振腔用真空波纹管连接。
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