CN106936053A - 一种太赫兹辐射源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太赫兹辐射源装置，包括电光晶体和紧密贴合在电光晶体上下表面的上耦合棱镜和下耦合棱镜，所述的上耦合棱镜和下耦合棱镜由折射率大于电光晶体且对太赫兹波段透明的材料构成，电光晶体的非通光面涂覆有折射率较小的包层；本发明通过将折射率低于电光晶体的包层覆盖在电光晶体周围，降低了泵浦激光向外泄露的功率，提高了非线性转换的效率，采用两片太赫兹波耦合棱镜输出太赫兹波，减少了太赫兹在电光晶体表面的传输损耗，使得产生的太赫兹波能完整的耦合至空间中，具有结构紧凑、转换效率高、光谱范围宽、使用方便的优点，从而在无损检测、物质分析、成像等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹波产生领域，特别涉及一种转换效率高、光谱范围宽、结构紧凑的切伦科夫型相位匹配太赫兹辐射源装置。
背景技术
太赫兹波是指频率位于0.1~10 THz的电磁波，其众多独特的性质使得它在无损检测、物质分析、成像等领域具有广阔的应用前景。太赫兹辐射源是太赫兹科学研究与工程应用的基础和关键技术之一，尤其是宽带太赫兹辐射源，对于太赫兹光谱分析具有至关重要的作用。
通过飞秒激光光整流技术等非线性光学频率转换方法是获得宽带太赫兹波的有效途径之一。目前，已经有许多电光晶体被用来通过这种方式产生宽带太赫兹波辐射，如LiNbO3（LN），GaP,DAST, GaSe等，其中LiNbO3材料具有较大的非线性系数，理论上可以达到很高的太赫兹波输出。
为了解决泵浦激光与太赫兹波在铌酸锂晶体中严重的速度不匹配问题，可以采用切伦科夫相位匹配的方式产生太赫兹波辐射，目前，通常的切伦科夫太赫兹辐射源只能将产生的部分太赫兹波耦合输出，因而影响了太赫兹波输出功率。
发明内容
本发明针对目前切伦科夫太赫兹辐射源中只有部分方向的太赫兹波被耦合输出的问题，提供一种新型的切伦科夫型相位匹配太赫兹辐射源装置，既能产生高功率的太赫兹波，又能有效的将各个方向产生的太赫兹波输出至空间中，具有结构紧凑、转换效率高，使用方便的优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种太赫兹辐射源装置，包括电光晶体和紧密贴合在电光晶体上下表面的上耦合棱镜和下耦合棱镜，所述的电光晶体具有较大的非线性系数，泵浦光在电光晶体中的折射系数小于太赫兹波，当超短脉冲的泵浦光通过电光晶体时将产生太赫兹波段的切伦科夫辐射，所述的上耦合棱镜和下耦合棱镜由折射率大于电光晶体且对太赫兹波段透明的材料构成。
所述的一种太赫兹辐射源装置，其电光晶体的非通光面涂覆有折射率较小的包层。
所述的一种太赫兹辐射源装置，其包层包括涂覆在电光晶体与上耦合棱镜之间的上包层和涂覆在电光晶体与下耦合棱镜之间的下包层。
所述的一种太赫兹辐射源装置，其上耦合棱镜和下耦合棱镜为硅棱镜。
所述的一种太赫兹辐射源装置，其电光晶体为掺氧化镁的铌酸锂，掺杂浓度为5mol%，晶体入射面镀泵浦激光增透膜。
所述的一种太赫兹辐射源装置，其上包层和下包层为5μm厚的PET薄膜。
所述的一种太赫兹辐射源装置，其上耦合棱镜和下耦合棱镜为高电阻率硅材料的三角形棱镜，棱镜的平面部分为抛光面，角度θh为50°。
所述的一种太赫兹辐射源装置，其电光晶体除了通光面全部涂覆厚度为5μm的PET薄膜。
所述的一种太赫兹辐射源装置，其上耦合棱镜和下耦合棱镜为半锥形棱镜。
本发明的主要优点在于：
1、本发明中以切伦科夫相位匹配的方式产生太赫兹波，该方式具有容易实现的优点。
2、本发明中通过将折射率低于电光晶体的包层覆盖在电光晶体周围，降低了泵浦激光向外泄露的功率，提高了非线性转换的效率。
3、本发明中采用两片太赫兹波耦合棱镜输出太赫兹波，减少了太赫兹在电光晶体表面的传输损耗，使得产生的太赫兹波能完整的耦合至空间中。
因此，该装置可实现高功率的太赫兹波输出，具有结构紧凑、转换效率高、光谱范围宽、使用方便的优点，从而在无损检测、物质分析、成像等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明的平面结构示意图；
图2是出了切伦科夫型相位匹配产生太赫兹波的原理示意图；
图3是本发明实施例1的立体结构示意图；
图4是本发明实施例2的立体结构示意图。
各附图标记为：1—电光晶体，2—上包层，3—下包层，4—上耦合棱镜，5—下耦合棱镜，6—太赫兹波，7—飞秒激光脉冲。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
参照图1所示，本发明公开了一种太赫兹辐射源装置，解决了以往无焦光学系统参与整个光学系统成像，却无法测试的难题，其包括电光晶体1和紧密贴合在电光晶体1上下表面的上耦合棱镜4和下耦合棱镜5，所述的电光晶体1具有较大的非线性系数，泵浦光在电光晶体1中的折射系数小于太赫兹波，当超短脉冲的泵浦光通过电光晶体1时将产生太赫兹波段的切伦科夫辐射，即电光晶体对于太赫兹波的折射系数大于泵浦激光，当泵浦飞秒激光脉冲入射到光波导中时，将产生太赫兹波段的切伦科夫辐射，所述的上耦合棱镜4和下耦合棱镜5为折射率大于电光晶体1且对太赫兹波段透明的材料构成，能分别将电光晶体1多个方向产生的太赫兹波耦合输出到空间中，两个太赫兹波束耦合棱镜分别与电光晶体1的上下表面紧密贴合，从而有效的将各个方向上产生的太赫兹波从光波导耦合输出到空间中，避免了太赫兹波在电光晶体1表面由于全反射造成的损耗，提高了太赫兹波耦合输出的效率。
光波导核心电光晶体对太赫兹波的折射率大于对泵浦激光的折射率，从而能够以切伦科夫相位匹配的方式产生太赫兹波。
图2说明如下：
当飞秒激光脉冲7入射到电光晶体1的核心层时，沿着光脉冲包络的传播方向上产生非线性极化，飞秒激光脉冲7激发的极化辐射出太赫兹波6，当激光脉冲在介质中传播的群速度超过太赫兹波相速度时，将形成一个锥形的太赫兹波辐射。太赫兹波的辐射角θc由太赫兹波和入射激光在非线性介质中的折射系数决定。
进一步，为了防止泵浦激光泄露，所述的电光晶体1的非通光面涂覆有折射率较小的包层，包层增强了对泵浦光的限制能力，提高了其与电光晶体1的作用距离；所述的包层包括涂覆在电光晶体1与上耦合棱镜4之间的上包层2和涂覆在电光晶体1与下耦合棱镜5之间的下包层3。
再进一步，所述的上耦合棱镜4和下耦合棱镜5为硅棱镜，通过改变硅棱镜的倾斜角度，可以调整太赫兹波的输出方向，得到准平面波的太赫兹波束。
实施例1
参照图3所示，本实施例的电光晶体1选用掺氧化镁铌酸锂，掺杂浓度为5mol%，切割方向为y切，尺寸为10mm×5mm×0.1mm；晶体入射面镀泵浦激光增透膜。上包层2和下包层3为5μm厚的PET薄膜；泵浦激光由柱面镜系统聚焦准直为线状光斑后入射到铌酸锂晶体中；上耦合棱镜4和下耦合棱镜5为三角形棱镜，材料为高电阻率硅，棱镜的平面部分进行抛光，角度θh为50°。入射泵浦激光波长为1560nm，平均功率为50mW，脉冲宽度为60fs，经过柱面镜聚焦准直后光斑直径为0.1mm。
该太赫兹辐射源装置的转换效率可以到到0.1%以上。
实施例2
参照图4所示，是在实施例1的基础上改进的，与实施例1的结构不同之处主要为：
一是，电光晶体1形状为长方体，泵浦激光入射面为正方形，晶体尺寸为10mm×1mm×1mm，晶体除了通光面全部涂覆厚度为5μm的PET薄膜作为包层；
二是，太赫兹耦合棱镜4和太赫兹耦合棱镜5为半锥形；
该太赫兹辐射源装置转换效率可以达到0.1%，输出的太赫兹波为准平面波。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种太赫兹辐射源装置，其特征在于：包括电光晶体（1）和紧密贴合在电光晶体（1）上下表面的上耦合棱镜（4）和下耦合棱镜（5），所述的电光晶体（1）具有较大的非线性系数，泵浦光在电光晶体（1）中的折射系数小于太赫兹波，当超短脉冲的泵浦光通过电光晶体（1）时将产生太赫兹波段的切伦科夫辐射，所述的上耦合棱镜（4）和下耦合棱镜（5）由折射率大于电光晶体（1）且对太赫兹波段透明的材料构成。
2.根据权利要求1所述的一种太赫兹辐射源装置，其特征在于，所述的电光晶体（1）的非通光面涂覆有折射率较小的包层。
3.根据权利要求2所述的一种太赫兹辐射源装置，其特征在于，所述的包层包括涂覆在电光晶体（1）与上耦合棱镜（4）之间的上包层（2）和涂覆在电光晶体（1）与下耦合棱镜（5）之间的下包层（3）。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种太赫兹辐射源装置，其特征在于，所述的上耦合棱镜（4）和下耦合棱镜（5）为硅棱镜。
5.根据权利要求4所述的一种太赫兹辐射源装置，其特征在于，所述的电光晶体（1）为掺氧化镁的铌酸锂，掺杂浓度为5mol%，晶体入射面镀泵浦激光增透膜。
6.根据权利要求4所述的一种太赫兹辐射源装置，其特征在于，所述的上包层（2）和下包层（3）为5μm厚的PET薄膜。
7.根据权利要求4所述的一种太赫兹辐射源装置，其特征在于，所述的上耦合棱镜（4）和下耦合棱镜（5）为高电阻率硅材料的三角形棱镜，棱镜的平面部分为抛光面，角度θh为50°。
8.根据权利要求4所述的一种太赫兹辐射源装置，其特征在于，所述的电光晶体（1）除了通光面全部涂覆厚度为5μm的PET薄膜。
9.根据权利要求4所述的一种太赫兹辐射源装置，其特征在于，所述的上耦合棱镜（4）和下耦合棱镜（5）为半锥形棱镜。
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|---|---|
| CN (1) | CN106936053A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2724974C1 (ru) * | 2019-12-27 | 2020-06-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Оптико-терагерцовый преобразователь |
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| CN102331649A (zh) * | 2011-10-22 | 2012-01-25 | 西北大学 | 一种多波长太赫兹波参量振荡器 |
| CN103261950A (zh) * | 2010-03-04 | 2013-08-21 | 佳能株式会社 | 太赫兹波生成元件、太赫兹波检测元件和太赫兹时域分光设备 |
| CN103594908A (zh) * | 2013-11-27 | 2014-02-19 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种基于光整流Cherenkov效应的THz波产生装置 |
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2017
- 2017-03-17 CN CN201710162219.5A patent/CN106936053A/zh active Pending
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