CN106556938B - 基于中空光纤管的相干太赫兹超连续谱调频装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于中空光纤管的相干太赫兹超连续谱调频装置，从激光光源输出的超短脉冲激光经由分束片分为两束，透射光束即泵浦光经聚焦透镜、中空光纤管的入口窗片、倍频晶体进入并聚焦在充有气体的中空光纤管中，在透镜的焦点附近产生激光拉丝，激光拉丝与中空光纤管内的气体发生作用后产生太赫兹辐射，经中空光纤管另一端口的高阻硅出射经ITO后进入太赫兹波谱探测系统，此中空光纤管外壁有气体进出及压强检测装置；另一部分分束片反射光束经第一反射镜、延时模块、第二反射镜和ITO后作为太赫兹波探测光进入太赫兹波谱探测系统。本发明只需要改变中空光纤管内的气压即可对相干太赫兹进行调频，装置简单实用，操作便捷。

Description

基于中空光纤管的相干太赫兹超连续谱调频装置
技术领域
本发明涉及一种太赫兹调频技术，特别涉及一种基于中空光纤管的相干太赫兹超连续谱调频装置。
背景技术
近几十年来，太赫兹波以其广泛的应用前景，已成为国际上物理领域的一个重要研究课题。太赫兹波是指频率在0.1-10 THz范围（波长在0.03 到3 mm范围）的电磁波（1THz=1012 Hz），在电磁波谱中位于微波与红外辐射之间。太赫兹波特殊的电磁波谱位置使得它具有许多独特的优点具有携带信息量丰富、高时空相干性、低光子能量等特性，在天文、生物、计算机、通信等科学领域有着巨大的应用价值。目前，主要的应用研究有太赫兹时域光谱技术、太赫兹成像技术、安全检查、太赫兹雷达、天文学、通信技术。
但目前太赫兹脉冲产生的技术方法大多只能产生一定频谱宽度的太赫兹波，调整其中心频率和频谱宽度存在较大困难。
发明内容
本发明是针对目前太赫兹波其中心频率和频谱宽度存在较大困难的问题，提出了一种基于中空光纤管的相干太赫兹超连续谱调频装置，采用改变中空光纤管内压强的办法，以一束超快脉冲激光经倍频晶体聚焦到充满气体的中空光纤管中，在聚焦区域双色激光电离气体产生等离子体，从而辐射太赫兹脉冲。通过改变管内气体压强来得到不同频谱宽度的太赫兹脉冲。从而实现调节太赫兹脉冲中心频率的功能。
本发明的技术方案为：一种基于中空光纤管的相干太赫兹超连续谱调频装置，包括激光光源，分束片，第一反射镜，第二反射镜，延时模块，第三反射镜，第四反射镜，第五反射镜，反射镜组，聚焦透镜，中空光纤管入口窗片，倍频晶体，中空光纤管，压强检测装置，出气阀门，真空泵，气体注入装置，进气阀门，高阻硅，ITO薄膜和太赫兹光谱探测系统；
从激光光源输出的超短脉冲激光经由分束片分为两束，透射光束经反射镜组反射后，通过聚焦透镜聚焦通过中空光纤管入口窗片入射进入中空光纤管，光束经过置于中空光纤管内的倍频晶体并聚焦在充有气体的中空光纤管中，产生太赫兹辐射后，通过中空光纤管另一端的高阻硅出射，然后经过ITO薄膜反射进入太赫兹波谱探测系统；另一部分分束片反射光束经第一反射镜、第二反射镜、延时模块、第三反射镜、第四反射镜发射和ITO薄膜透射后作为太赫兹波探测光进入太赫兹波谱探测系统；真空泵通过出气阀门接中空光纤管，中空光纤管上接压强检测装置检测中空光纤管内部压强值，空光纤管与气体注入装置之间的进气阀门，通过气体注入装置的气体入口向中空光纤管中注入气体，中空光纤管中聚焦的激光电离注入的气体产生推力，通过改变管内气体压强来调节产生的太赫兹脉冲频率。
本发明的有益效果在于：本发明基于中空光纤管的相干太赫兹超连续谱调频装置，装置简单，容易操作，可以自由调节中空光纤管内的压强。在实际操作过程中，只需要控制进气阀门的开关来控制中空光纤管内的气压大小，就可实现对太赫兹脉冲频率的调节。
附图说明
图1为本发明基于中空光纤管对相干太赫兹超连续谱调频装置结构示意图；
图2为本发明太赫兹波谱探测系统的装置示意图；
图3为本发明采用氩气充入中空光纤管中，在60 torr压强下得到的相干太赫兹脉冲的频率范围效果图；
图4为本发明采用氩气充入中空光纤管中，在600 torr压强下得到的相干太赫兹脉冲的频率范围效果图；
图5为本发明采用氩气充入中空光纤管中，在2800 torr压强下得到的相干太赫兹脉冲的频率范围效果图。
具体实施方式
如图1所示基于中空光纤管对相干太赫兹超连续谱调频装置结构示意图，包括激光光源1，分束片2，第一反射镜3，第二反射镜4，延时模块5，第三反射镜6，第四反射镜7，第五反射镜8，第六反射镜9，第七反射镜10，第八反射镜11，聚焦透镜12，中空光纤管入口窗片13，倍频晶体14，中空光纤管15，压强检测装置16，出气阀门17，真空泵18，气体注入装置19，进气阀门20，高阻硅21，ITO（氧化铟锡）薄膜22和太赫兹光谱探测系统23。
从激光光源1输出的超短脉冲激光经由分束片2分为两束，透射光束经反射镜组（第六反射镜9、第五反射镜8、第七反射镜10、第八反射镜11）反射后，通过聚焦透镜l2聚焦通过中空光纤管入口窗片13入射进入中空光纤管15，光束经过置于中空光纤管15内的倍频晶体14并聚焦在充有气体的中空光纤管15中，产生太赫兹辐射后，通过中空光纤管15另一端的高阻硅21出射，然后经过ITO薄膜22反射进入太赫兹波谱探测系统23；另一部分分束片反射光束经第一反射镜3、第二反射镜4、延时模块5、第三反射镜6、第四反射镜7发射和ITO薄膜22透射后作为太赫兹波探测光进入太赫兹波谱探测系统23；真空泵18通过出气阀门17接中空光纤管15，通过真空泵18先抽掉中空光纤管15内的气体，中空光纤管15上接压强检测装置16检测中空光纤管15内部达到需要的背景压强值后，关闭真空泵18与中空光纤管15之间的出气阀门17，再打开中空光纤管15与气体注入装置19之间的进气阀门20，通过气体注入装置19的气体入口向中空光纤管15中注入气体，压强检测装置16检测到所充气体量达到探测所需的压强后关闭进气阀门20。通过改变管内气体压强来得到不同宽度的太赫兹脉冲。从而实现调节太赫兹脉冲频率的功能。
下面的实施例中，以中心波长为800的飞秒激光利用空气等离子体辐射出太赫兹波并在高纯氩气常温条件环境下相互作用，利用电光采用原理探测太赫兹波为例，其他波段、其他太赫兹波辐射方法以及其他高纯气体与该实施方法一致。
激光器输出光中心波长为800 nm，光谱范围780-820 nm，脉冲宽度为30 fs，重复频率1 KHz，具体实现氩气调节太赫兹脉冲频率的过程如下：从激光光源1输出的超短脉冲激光经分束片2（分束的透射与反射比例为9:1）分为两束，其中反射光被第一反射镜3和第二反射镜4反射后，通过延时模块5，再经过第三反射镜6、第四反射镜7和ITO薄膜22后作为太赫兹波探测光进入太赫兹波谱探测系统23；透射光束经第六反射镜9、第五反射镜8、第七反射镜10、第八反射镜11后，通过聚焦透镜l2、中空光纤管的入口窗片13、倍频晶体14进入并聚焦在充有气体的中空光纤管15中，聚焦的激光电离气体，在透镜焦点附近形成等离子体，形成的等离子体是非均匀磁场会对带电粒子形成一种有质动力，使带正电荷的离子与带负电荷的电子发生电荷分离产生太赫兹辐射。增大中空光纤管内的气压，会加剧气体电离从而增大有质动力，使产生的相干太赫兹向高频方向移动。本发明只需要改变中空光纤管内的气压即可对相干太赫兹进行调频，装置简单实用，操作便捷。
在关闭进气阀门20后，由真空泵18将中空光纤管抽到成压强10-4Pa（由压强检测装置16测得），关闭出气阀门17，打开进气阀门20，通过气体注入装置19注入高纯氩气（纯度99.999%）。气体充入达到待测压强值，如一个大气压后，关闭进气阀门20。测试在常温条件下进行。太赫兹波穿过高阻硅21后继续向前传播，通过ITO薄膜22反射，与经由ITO薄膜22透射的探测光重合一起依次进入太赫兹波谱探测系统内部，依次通过内部同轴的电光晶体ZnTe23-1、凸透镜23-2、四分之一波片23-3、渥拉斯通棱镜23-4，第一硅探头23-5以及第二硅探头B23-6通过渥拉斯通棱镜23-4进行电光采样探测，如图2所示太赫兹波谱探测系统的装置示意图。
如图3、4、5所示采用氩气充入中空光纤管中，分别在60 torr、600 torr、2800torr压强下得到的相干太赫兹脉冲的频率范围效果图，打开进气阀门使气体瓶中的高压氩气进入中空光纤管，通过气压计读取中空光纤管内气压，待气压值分别稳定的达到60torr、600 torr、2800 torr时，用太赫兹波谱检测系统检测太赫兹辐射，得到图3、4、5所示的结果。

Claims (1)

1.一种基于中空光纤管的相干太赫兹超连续谱调频装置，其特征在于，包括激光光源，分束片，第一反射镜，第二反射镜，延时模块，第三反射镜，第四反射镜，反射镜组，聚焦透镜，中空光纤管入口窗片，倍频晶体，中空光纤管，压强检测装置，出气阀门，真空泵，气体注入装置，进气阀门，高阻硅，ITO薄膜和太赫兹光谱探测系统；
从激光光源输出的超短脉冲激光经由分束片分为两束，透射光束经反射镜组反射后，通过聚焦透镜聚焦通过中空光纤管入口窗片入射进入中空光纤管，光束经过置于中空光纤管内的倍频晶体并聚焦在充有气体的中空光纤管中，产生太赫兹辐射后，通过中空光纤管另一端的高阻硅出射，然后经过ITO薄膜反射进入太赫兹波谱探测系统；另一部分分束片反射光束经第一反射镜、第二反射镜、延时模块、第三反射镜、第四反射镜反射和ITO薄膜透射后作为太赫兹波探测光进入太赫兹波谱探测系统；真空泵通过出气阀门接中空光纤管，中空光纤管上接压强检测装置检测中空光纤管内部压强值，中空光纤管与气体注入装置之间的进气阀门，通过气体注入装置的气体入口向中空光纤管中注入气体，中空光纤管中聚焦的激光电离注入的气体产生推力，通过改变管内气体压强来调节产生的太赫兹脉冲频率。
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