CN109143720A - 一种产生多束太赫兹波的光学参量发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种产生多束太赫兹波的光学参量发生器,包括泵浦源、周期反转GaP晶体、第一反射镜和第二反射镜;泵浦源发出的泵浦光沿与X轴负向成45°角且与Y轴负向成45°角的方向垂直入射周期反转GaP晶体,在周期反转GaP晶体中传播一段距离后在周期反转GaP晶体的Y‑Z平面上全反射,然后入射至周期反转GaP晶体的X‑Z平面发生全反射,再从周期反转GaP晶体的表面垂直出射,从周期反转GaP晶体出射的泵浦光经第一反射镜和第二反射镜发生全反射,形成泵浦光的第一个循环周期。太赫兹波垂直于周期反转GaP晶体出射,不需要任何耦合输出装置,有效减小太赫兹波输出损耗。
Description
技术领域
本发明属于太赫兹波技术应用领域,具体涉及一种产生多束太赫兹波的光学参量发生器。
背景技术
太赫兹(THz)波,是指频率处于0.1-10THz(1THz=1012Hz)范围内的电磁波,位于毫米波与红外波之间。太赫兹波在光谱检测、成像、遥感、通信、生物医学、军事等方面都有广阔的应用前景。截止目前,尚乏高功率、高效率、相干、可调谐、小型化、室温运转的太赫兹辐射源。GaP晶体具有极大的二阶非线性系数,而且GaP晶体对太赫兹波的吸收系数较小,所以以周期反转GaP晶体为增益介质,通过光学参量效应可以产生高功率太赫兹波。
发明内容
本发明的目的是提供一种产生多束太赫兹波的光学参量发生器,用以解决现有太赫兹辐射源功率低、效率低等问题。
本发明的目的是以下述方式实现的:
一种产生多束太赫兹波的光学参量发生器,包括泵浦源、周期反转GaP晶体、第一反射镜和第二反射镜;泵浦源发出的泵浦光沿与X轴负向成45°角且与Y轴负向成45°角的方向垂直入射周期反转GaP晶体,在周期反转GaP晶体中传播一段距离后在周期反转GaP晶体的Y-Z平面上全反射,然后入射至周期反转GaP晶体的X-Z平面发生全反射,再从周期反转GaP晶体的表面垂直出射,从周期反转GaP晶体出射的泵浦光经第一反射镜和第二反射镜发生全反射,形成泵浦光的第一个循环周期;
经第二反射镜全反射后的泵浦光沿与X轴负向成45°角且与Y轴负向成45°角方向再次垂直入射周期反转GaP晶体,在周期反转GaP晶体中传播一段距离后在周期反转GaP晶体的Y-Z平面上全反射,然后入射至周期反转GaP晶体的X-Z平面发生全反射,再从周期反转GaP晶体的表面垂直出射,从周期反转GaP晶体出射的泵浦光经第一反射镜和第二反射镜发生全反射,形成泵浦光的第二个循环周期;
以此类推,泵浦光可以在周期反转GaP晶体和第一反射镜、第二反射镜之间循环N个周期,N为正整数,直至泵浦光不在第二反射镜上发生全反射,循环结束;
泵浦光在周期反转GaP晶体的Y-Z平面全反射点附近通过准相位匹配光学参量效应产生Stokes光和第一太赫兹波,产生的Stokes光与泵浦光共线传播,产生的第一太赫兹波沿X轴负向垂直于周期反转GaP晶体的Y-Z平面出射,在泵浦光的N个循环周期内,可以产生N束第一太赫兹波;
泵浦光在周期反转GaP晶体的X-Z平面全反射点附近通过准相位匹配光学参量效应产生Stokes光和第二太赫兹波,产生的Stokes光与泵浦光共线传播,产生的第二太赫兹波沿Y轴负向垂直于周期反转GaP晶体的X-Z平面出射,在泵浦光的N个循环周期内,可以产生N束第二太赫兹波;
光束传播的平面为X轴和Y轴所确定的平面,Z轴垂直于光束传播的平面,泵浦源出射的泵浦光的方向与X轴正向的夹角为135°、与Y轴正向的夹角为135°。
第N个周期的泵浦光在Y-Z平面的全反射点在第N-1个周期泵浦光在Y-Z平面的全反射点的上方,第N个周期泵浦光在X-Z平面的全反射点在第N-1个周期泵浦光在X-Z平面的全反射点的右方。
所述第一反射镜和第二反射镜均为平面镜,第一反射镜平行于Y轴,第二反射镜垂直于Y轴。
所述第一反射镜和第二反射镜对泵浦光和Stokes光全反射。
所述周期反转GaP晶体在X-Y平面为等腰直角三角形,且等腰直角三角形的两个直角边分别平行于X轴和Y轴。
所述等腰直角三角形的直角边边长为2cm,周期反转GaP晶体在Z轴方向的厚度为1cm。
所述周期反转GaP晶体的Y-Z平面和X-Z平面镀泵浦光和Stokes光的全反射膜。
在周期反转GaP晶体的X-Y平面内,沿等腰直角三角形的直角顶点和斜边中点连线将周期反转GaP晶体平均分为两部分,分别为产生第一太赫兹波的部分和产生第二太赫兹波的部分;其中产生第一太赫兹波的部分,晶体周期波矢的方向平行于Y轴,产生第二太赫兹波的部分,晶体周期波矢的方向平行于X轴;周期反转GaP晶体中两部分的晶体反转周期相等。
所述第一太赫兹波和第二太赫兹波的频率相等。
相对于现有技术,本发明与现有的基于光学参量效应的太赫兹辐射源相比,具有以下优点:
(1)一束泵浦光可以产生多束太赫兹波,光学转换效率有效增加。
(2)在光学参量过程中,Stokes光和泵浦光可以循环使用,有效提高泵浦光利用效率。
(3)太赫兹波垂直于周期反转GaP晶体出射,不需要任何耦合输出装置,有效减小太赫兹波输出损耗。
(4)泵浦光和Stokes光共线相互作用,有效增加泵浦光、Stokes光和太赫兹波之间相互作用体积。
附图说明
图1是本发明实施例的结构原理图。
图2是周期反转GaP晶体中泵浦光、Stokes光和太赫兹波相位匹配示意图。图中Kp、Ks、KT分别为泵浦光、Stokes光、太赫兹波的波矢,KΛ为周期反转GaP晶体的周期波矢。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示,一种产生多束太赫兹波的光学参量发生器,包括泵浦源1、周期反转GaP晶体3、第一反射镜4和第二反射镜5;泵浦源1发出的泵浦光2沿与X轴负向成45°角且与Y轴负向成45°角的方向垂直入射周期反转GaP晶体3,在周期反转GaP晶体3中传播一段距离后在周期反转GaP晶体3的Y-Z平面上全反射,然后入射至周期反转GaP晶体3的X-Z平面发生全反射,再从周期反转GaP晶体3的表面垂直出射,从周期反转GaP晶体3出射的泵浦光2经第一反射镜4和第二反射镜5发生全反射,形成泵浦光2的第一个循环周期;
本实施例采用的泵浦源为准连续激光器,波长为536.5nm,脉冲宽度为20ns,重复频率为20KHz,功率密度为8MW/cm2。
经第二反射镜5全反射后的泵浦光2沿与X轴负向成45°角且与Y轴负向成45°角方向再次垂直入射周期反转GaP晶体3,在周期反转GaP晶体3中传播一段距离后在周期反转GaP晶体3的Y-Z平面上全反射,然后入射至周期反转GaP晶体3的X-Z平面发生全反射,再从周期反转GaP晶体3的表面垂直出射,从周期反转GaP晶体3出射的泵浦光2经第一反射镜4和第二反射镜5发生全反射,形成泵浦光2的第二个循环周期;
以此类推,泵浦光2可以在周期反转GaP晶体3和第一反射镜4、第二反射镜5之间循环N个周期,N为正整数,直至泵浦光2不在第二反射镜5上发生全反射,循环结束;
泵浦光2在周期反转GaP晶体3的Y-Z平面全反射点附近通过准相位匹配光学参量效应产生Stokes光8和第一太赫兹波6,产生的Stokes光8与泵浦光2共线传播,产生的第一太赫兹波6沿X轴负向垂直于周期反转GaP晶体3的Y-Z平面出射,在泵浦光2的N个循环周期内,可以产生N束第一太赫兹波6;
泵浦光2在周期反转GaP晶体3的X-Z平面全反射点附近通过准相位匹配光学参量效应产生Stokes光8和第二太赫兹波7,产生的Stokes光8与泵浦光2共线传播,产生的第二太赫兹波7沿Y轴负向垂直于周期反转GaP晶体3的X-Z平面出射,在泵浦光2的N个循环周期内,可以产生N束第二太赫兹波7;
泵浦光2、Stokes光8、第一太赫兹波6和第二太赫兹波7之间的相位匹配情况如图2所示。
光束传播的平面为X轴和Y轴所确定的平面,Z轴垂直于光束传播的平面,泵浦源出射的泵浦光的方向与X轴正向的夹角为135°、与Y轴正向的夹角为135°。
第N个周期的泵浦光2在Y-Z平面的全反射点在第N-1个周期泵浦光2在Y-Z平面的全反射点的上方,第N个周期泵浦光2在X-Z平面的全反射点在第N-1个周期泵浦光2在X-Z平面的全反射点的右方。
第一反射镜4和第二反射镜5均为平面镜,第一反射镜4平行于Y轴,第二反射镜5垂直于Y轴。
第一反射镜4和第二反射镜5对泵浦光2和Stokes光8全反射。
第一反射镜4和第二反射镜5对波长范围在520-560nm的泵浦光2和Stokes光8全反射。
周期反转GaP晶体3在X-Y平面为等腰直角三角形,且等腰直角三角形的两个直角边分别平行于X轴和Y轴。
等腰直角三角形的直角边边长为2cm,周期反转GaP晶体3在Z轴方向的厚度为1cm。
周期反转GaP晶体3的Y-Z平面和X-Z平面镀泵浦光2和Stokes光8的全反射膜,全反射膜对波长范围在520-560nm的泵浦光2和Stokes光8全反射。
在周期反转GaP晶体3的X-Y平面内,沿等腰直角三角形的直角顶点和斜边中点连线将周期反转GaP晶体3平均分为两部分,分别为产生第一太赫兹波6的部分和产生第二太赫兹波7的部分;其中产生第一太赫兹波6的部分,晶体周期波矢的方向平行于Y轴,产生第二太赫兹波7的部分,晶体周期波矢的方向平行于X轴;周期反转GaP晶体3中两部分的晶体反转周期相等,均等于28.81μm。
本实施例中,Stokes光8的波长等于536.98nm,第一太赫兹波6和第二太赫兹波7的频率相等,均等于0.5THz。
以上给出了具体的实施方式,但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案,对本领域普通技术人员而言,根据本发明的教导,设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种产生多束太赫兹波的光学参量发生器,其特征在于:包括泵浦源(1)、周期反转GaP晶体(3)、第一反射镜(4)和第二反射镜(5);泵浦源(1)发出的泵浦光(2)沿与X轴负向成45°角且与Y轴负向成45°角的方向垂直入射周期反转GaP晶体(3),在周期反转GaP晶体(3)中传播一段距离后在周期反转GaP晶体(3)的Y-Z平面上全反射,然后入射至周期反转GaP晶体(3)的X-Z平面发生全反射,再从周期反转GaP晶体(3)的表面垂直出射,从周期反转GaP晶体(3)出射的泵浦光(2)经第一反射镜(4)和第二反射镜(5)发生全反射,形成泵浦光(2)的第一个循环周期;
经第二反射镜(5)全反射后的泵浦光(2)沿与X轴负向成45°角且与Y轴负向成45°角方向再次垂直入射周期反转GaP晶体(3),在周期反转GaP晶体(3)中传播一段距离后在周期反转GaP晶体(3)的Y-Z平面上全反射,然后入射至周期反转GaP晶体(3)的X-Z平面发生全反射,再从周期反转GaP晶体(3)的表面垂直出射,从周期反转GaP晶体(3)出射的泵浦光(2)经第一反射镜(4)和第二反射镜(5)发生全反射,形成泵浦光(2)的第二个循环周期;
以此类推,泵浦光(2)可以在周期反转GaP晶体(3)和第一反射镜(4)、第二反射镜(5)之间循环N个周期,N为正整数,直至泵浦光(2)不在第二反射镜(5)上发生全反射,循环结束;
泵浦光(2)在周期反转GaP晶体(3)的Y-Z平面全反射点附近通过准相位匹配光学参量效应产生Stokes光(8)和第一太赫兹波(6),产生的Stokes光(8)与泵浦光(2)共线传播,产生的第一太赫兹波(6)沿X轴负向垂直于周期反转GaP晶体(3)的Y-Z平面出射,在泵浦光(2)的N个循环周期内,可以产生N束第一太赫兹波(6);
泵浦光(2)在周期反转GaP晶体(3)的X-Z平面全反射点附近通过准相位匹配光学参量效应产生Stokes光(8)和第二太赫兹波(7),产生的Stokes光(8)与泵浦光(2)共线传播,产生的第二太赫兹波(7)沿Y轴负向垂直于周期反转GaP晶体(3)的X-Z平面出射,在泵浦光(2)的N个循环周期内,可以产生N束第二太赫兹波(7);
光束传播的平面为X轴和Y轴所确定的平面,Z轴垂直于光束传播的平面,泵浦源出射的泵浦光的方向与X轴正向的夹角为135°、与Y轴正向的夹角为135°。
2.根据权利要求1所述的产生多束太赫兹波的光学参量发生器,其特征在于:第N个周期的泵浦光(2)在Y-Z平面的全反射点在第N-1个周期泵浦光(2)在Y-Z平面的全反射点的上方,第N个周期泵浦光(2)在X-Z平面的全反射点在第N-1个周期泵浦光(2)在X-Z平面的全反射点的右方。
3.根据权利要求1所述的产生多束太赫兹波的光学参量发生器,其特征在于:所述第一反射镜(4)和第二反射镜(5)均为平面镜,第一反射镜(4)平行于Y轴,第二反射镜(5)垂直于Y轴。
4.根据权利要求1所述的产生多束太赫兹波的光学参量发生器,其特征在于:所述第一反射镜(4)和第二反射镜(5)对泵浦光(2)和Stokes光(8)全反射。
5.根据权利要求1所述的产生多束太赫兹波的光学参量发生器,其特征在于:所述周期反转GaP晶体(3)在X-Y平面为等腰直角三角形,且等腰直角三角形的两个直角边分别平行于X轴和Y轴。
6.根据权利要求5所述的产生多束太赫兹波的光学参量发生器,其特征在于:所述等腰直角三角形的直角边边长为2cm,周期反转GaP晶体(3)在Z轴方向的厚度为1cm。
7.根据权利要求1所述的产生多束太赫兹波的光学参量发生器,其特征在于:所述周期反转GaP晶体(3)的Y-Z平面和X-Z平面镀泵浦光(2)和Stokes光(8)的全反射膜。
8.根据权利要求1所述的产生多束太赫兹波的光学参量发生器,其特征在于:在周期反转GaP晶体(3)的X-Y平面内,沿等腰直角三角形的直角顶点和斜边中点连线将周期反转GaP晶体(3)平均分为两部分,分别为产生第一太赫兹波(6)的部分和产生第二太赫兹波(7)的部分;其中产生第一太赫兹波(6)的部分,晶体周期波矢的方向平行于Y轴,产生第二太赫兹波(7)的部分,晶体周期波矢的方向平行于X轴;周期反转GaP晶体(3)中两部分的晶体反转周期相等。
9.根据权利要求1所述的产生多束太赫兹波的光学参量发生器,其特征在于:所述第一太赫兹波(6)和第二太赫兹波(7)的频率相等。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20210413 Termination date: 20211011 |