CN109167236A - 一种三维太赫兹波参量振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维太赫兹波参量振荡器,包括泵浦源、GaAs晶体以及设置在GaAs晶体周围的反射镜和抛物面镜;泵浦源由KD*P晶体、偏振片、Nd:YAG激光器泵浦模块、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜组成,泵浦源发出的泵浦光在由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜组成的谐振腔内谐振放大。在光学参量过程中,腔内的Stokes光和泵浦光可以循环使用,有效提高泵浦光利用效率;一束泵浦光可以产生六束太赫兹波,光学转换效率有效增大。
Description
技术领域
本发明属于太赫兹波技术应用领域,具体涉及一种三维太赫兹波参量振荡器。
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。太赫兹波参量振荡器可以产生高功率、可调谐、相干、室温运转的太赫兹辐射。但现在存在的问题是太赫兹波参量振荡器光学转换效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种三维太赫兹波参量振荡器,用以解决现有太赫兹辐射源效率低的问题。
本发明的目的是以下述方式实现的:
一种三维太赫兹波参量振荡器,包括泵浦源、GaAs晶体以及设置在GaAs晶体周围的反射镜和抛物面镜;泵浦源由KD*P晶体、偏振片、Nd:YAG激光器泵浦模块、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜组成,泵浦源发出的泵浦光在由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜组成的谐振腔内谐振放大;
GaAs晶体设置在三维笛卡尔坐标系中,Nd:YAG激光器泵浦模块出射的朝向第一反射镜的泵浦光的方向为X轴负向,垂直于X轴并且朝向纸面内的方向为Y轴正向,垂直于X轴并且平行于纸面向上的方向为Z轴正向;
在X轴方向上往返振荡的泵浦光入射GaAs晶体,经共线光学参量效应,在X轴正向产生Stokes光和第二太赫兹波,同时在X轴负向也产生Stokes光和第一太赫兹波,产生的Stokes光在由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜组成的谐振腔内谐振放大;产生的第二太赫兹波由第二抛物面镜耦合输出,产生的第一太赫兹波由第一抛物面镜耦合输出,沿X轴正向传播的泵浦光、Stokes光经第二反射镜、第三反射镜反射后沿Z轴正向入射GaAs晶体;
在Z轴方向上往返振荡的泵浦光入射GaAs晶体,经共线光学参量效应,在Z轴正向产生Stokes光和第四太赫兹波,同时在Z轴负向也产生Stokes光和第三太赫兹波,产生的Stokes光在由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜组成的谐振腔内谐振放大;产生的第四太赫兹波由第四抛物面镜耦合输出,产生的第三太赫兹波由第三抛物面镜耦合输出,沿Z轴正向传播的泵浦光、Stokes光经第四反射镜、第五反射镜反射后沿Y轴负向入射GaAs晶体;
在Y轴方向上往返振荡的泵浦光入射GaAs晶体,经共线光学参量效应,在Y轴正向产生Stokes光和第五太赫兹波,同时在Y轴负向也产生Stokes光和第六太赫兹波,产生的Stokes光在由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜组成的谐振腔内谐振放大;产生的第五太赫兹波由第五抛物面镜耦合输出,产生的第六太赫兹波由第六抛物面镜耦合输出,沿Y轴负向传播的泵浦光、Stokes光经第六反射镜反射后沿Y轴正向入射GaAs晶体。
所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜均为平面镜。
所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜对泵浦光和Stokes光全反射。
所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜的角度可调。
所述GaAs晶体为正方体,泵浦光和Stokes光均垂直入射GaAs晶体,并从GaAs晶体的表面垂直出射。
所述正方体的边长为2cm。
所述第一抛物面镜、第二抛物面镜、第三抛物面镜、第四抛物面镜、第五抛物面镜和第六抛物面镜的中心均留有一个供泵浦光和Stokes光通过的通孔,第一抛物面镜对第一太赫兹波全反射,第二抛物面镜对第二太赫兹波全反射,第三抛物面镜对第三太赫兹波全反射,第四抛物面镜对第四太赫兹波全反射,第五抛物面镜对第五太赫兹波全反射,第六抛物面镜对第六太赫兹波全反射。
所述沿X轴正负方向、Y轴正负方向、Z轴正负方向产生的六束Stokes光的波长均相等,第一太赫兹波、第二太赫兹波、第三太赫兹波、第四太赫兹波、第五太赫兹波和第六太赫兹波的频率均相等。
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)产生的六束Stokes光在环形谐振腔中往返振荡,通过光学参量效应可以有效放大太赫兹波。
(2)泵浦光、Stokes光和太赫兹波满足共线相位匹配,有效增加三者之间的相互作用体积。
(3)在光学参量过程中,腔内的Stokes光和泵浦光可以循环使用,有效提高泵浦光利用效率。
(4)六束太赫兹波垂直于GaAs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。
(5)一束泵浦光可以产生六束太赫兹波,光学转换效率有效增大。
附图说明
图1是本发明实施例的结构原理图。
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,一种三维太赫兹波参量振荡器,包括泵浦源、GaAs晶体7以及设置在GaAs晶体7周围的反射镜和抛物面镜;泵浦源由KD*P晶体2、偏振片3、Nd:YAG激光器泵浦模块4、第一反射镜1、第二反射镜8、第三反射镜9、第四反射镜10、第五反射镜11和第六反射镜12组成,泵浦源发出的泵浦光5在由第一反射镜1、第二反射镜8、第三反射镜9、第四反射镜10、第五反射镜11和第六反射镜12组成的谐振腔内谐振放大;
本实施例采用的泵浦源为Nd:YAG脉冲激光器,波长为1064nm,脉冲宽度为15ns,重复频率为5Hz,光束直径为8mm,功率密度为30MW/cm2。
本实施例中,泵浦光5波长为1064nm,由共线相位匹配条件可得,产生的Stokes光6的波长为1087.3nm,产生的第一太赫兹波19、第二太赫兹波20、第三太赫兹波21、第四太赫兹波22、第五太赫兹波23和第六太赫兹波24的频率均为6.04THz。
GaAs晶体7设置在三维笛卡尔坐标系中,Nd:YAG激光器泵浦模块4出射的朝向第一反射镜1的泵浦光5的方向为X轴负向,垂直于X轴并且朝向纸面内的方向为Y轴正向,垂直于X轴并且平行于纸面向上的方向为Z轴正向;
在X轴方向上往返振荡的泵浦光5入射GaAs晶体7,经共线光学参量效应,在X轴正向产生Stokes光6和第二太赫兹波20,同时在X轴负向也产生Stokes光6和第一太赫兹波19,产生的Stokes光6在由第一反射镜1、第二反射镜8、第三反射镜9、第四反射镜10、第五反射镜11和第六反射镜12组成的谐振腔内谐振放大;产生的第二太赫兹波20由第二抛物面镜14耦合输出,产生的第一太赫兹波19由第一抛物面镜13耦合输出,沿X轴正向传播的泵浦光5、Stokes光6经第二反射镜8、第三反射镜9反射后沿Z轴正向入射GaAs晶体7;
在Z轴方向上往返振荡的泵浦光5入射GaAs晶体7,经共线光学参量效应,在Z轴正向产生Stokes光6和第四太赫兹波22,同时在Z轴负向也产生Stokes光6和第三太赫兹波21,产生的Stokes光6在由第一反射镜1、第二反射镜8、第三反射镜9、第四反射镜10、第五反射镜11和第六反射镜12组成的谐振腔内谐振放大;产生的第四太赫兹波22由第四抛物面镜16耦合输出,产生的第三太赫兹波21由第三抛物面镜15耦合输出,沿Z轴正向传播的泵浦光5、Stokes光6经第四反射镜10、第五反射镜11反射后沿Y轴负向入射GaAs晶体7;
在Y轴方向上往返振荡的泵浦光5入射GaAs晶体7,经共线光学参量效应,在Y轴正向产生Stokes光6和第五太赫兹波23,同时在Y轴负向也产生Stokes光6和第六太赫兹波24,产生的Stokes光6在由第一反射镜1、第二反射镜8、第三反射镜9、第四反射镜10、第五反射镜11和第六反射镜12组成的谐振腔内谐振放大;产生的第五太赫兹波23由第五抛物面镜17耦合输出,产生的第六太赫兹波24由第六抛物面镜18耦合输出,沿Y轴负向传播的泵浦光5、Stokes光6经第六反射镜12反射后沿Y轴正向入射GaAs晶体7。
第一反射镜1、第二反射镜8、第三反射镜9、第四反射镜10、第五反射镜11和第六反射镜12均为平面镜。
第一反射镜1、第二反射镜8、第三反射镜9、第四反射镜10、第五反射镜11和第六反射镜12对泵浦光5和Stokes光6全反射。
第一反射镜1、第二反射镜8、第三反射镜9、第四反射镜10、第五反射镜11和第六反射镜12对波长范围在1064-1100nm的泵浦光5和Stokes光6全反射。
第一反射镜1、第二反射镜8、第三反射镜9、第四反射镜10、第五反射镜11和第六反射镜12的角度可调。通过改变第一反射镜1、第二反射镜8、第三反射镜9、第四反射镜10、第五反射镜11和第六反射镜12的角度,可以改变泵浦光5和Stokes光6的传播方向。
GaAs晶体7为正方体,泵浦光5和Stokes光6均垂直入射GaAs晶体7,并从GaAs晶体7的表面垂直出射。
正方体的边长为2cm。
第一抛物面镜13、第二抛物面镜14、第三抛物面镜15、第四抛物面镜16、第五抛物面镜17和第六抛物面镜18的中心均留有一个供泵浦光5和Stokes光6通过的通孔,使得泵浦光5和Stokes光6可以通过,通孔的尺寸恰好允许泵浦光5和Stokes光6通过。
通孔的直径为8mm,恰好允许泵浦光5和Stokes光6通过。
第一抛物面镜13对第一太赫兹波19全反射,第二抛物面镜14对第二太赫兹波20全反射,第三抛物面镜15对第三太赫兹波21全反射,第四抛物面镜16对第四太赫兹波22全反射,第五抛物面镜17对第五太赫兹波23全反射,第六抛物面镜18对第六太赫兹波24全反射。
沿X轴正负方向、Y轴正负方向、Z轴正负方向产生的六束Stokes光6的波长均相等,均等于1087.3nm。第一太赫兹波19、第二太赫兹波20、第三太赫兹波21、第四太赫兹波22、第五太赫兹波23和第六太赫兹波24的频率均相等,均等于6.04THz。
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 (8)
1.一种三维太赫兹波参量振荡器,其特征在于:包括泵浦源、GaAs晶体(7)以及设置在GaAs晶体(7)周围的反射镜和抛物面镜;泵浦源由KD*P晶体(2)、偏振片(3)、Nd:YAG激光器泵浦模块(4)、第一反射镜(1)、第二反射镜(8)、第三反射镜(9)、第四反射镜(10)、第五反射镜(11)和第六反射镜(12)组成,泵浦源发出的泵浦光(5)在由第一反射镜(1)、第二反射镜(8)、第三反射镜(9)、第四反射镜(10)、第五反射镜(11)和第六反射镜(12)组成的谐振腔内谐振放大;
GaAs晶体(7)设置在三维笛卡尔坐标系中,Nd:YAG激光器泵浦模块(4)出射的朝向第一反射镜(1)的泵浦光(5)的方向为X轴负向,垂直于X轴并且朝向纸面内的方向为Y轴正向,垂直于X轴并且平行于纸面向上的方向为Z轴正向;
在X轴方向上往返振荡的泵浦光(5)入射GaAs晶体(7),经共线光学参量效应,在X轴正向产生Stokes光(6)和第二太赫兹波(20),同时在X轴负向也产生Stokes光(6)和第一太赫兹波(19),产生的Stokes光(6)在由第一反射镜(1)、第二反射镜(8)、第三反射镜(9)、第四反射镜(10)、第五反射镜(11)和第六反射镜(12)组成的谐振腔内谐振放大;产生的第二太赫兹波(20)由第二抛物面镜(14)耦合输出,产生的第一太赫兹波(19)由第一抛物面镜(13)耦合输出,沿X轴正向传播的泵浦光(5)、Stokes光(6)经第二反射镜(8)、第三反射镜(9)反射后沿Z轴正向入射GaAs晶体(7);
在Z轴方向上往返振荡的泵浦光(5)入射GaAs晶体(7),经共线光学参量效应,在Z轴正向产生Stokes光(6)和第四太赫兹波(22),同时在Z轴负向也产生Stokes光(6)和第三太赫兹波(21),产生的Stokes光(6)在由第一反射镜(1)、第二反射镜(8)、第三反射镜(9)、第四反射镜(10)、第五反射镜(11)和第六反射镜(12)组成的谐振腔内谐振放大;产生的第四太赫兹波(22)由第四抛物面镜(16)耦合输出,产生的第三太赫兹波(21)由第三抛物面镜(15)耦合输出,沿Z轴正向传播的泵浦光(5)、Stokes光(6)经第四反射镜(10)、第五反射镜(11)反射后沿Y轴负向入射GaAs晶体(7);
在Y轴方向上往返振荡的泵浦光(5)入射GaAs晶体(7),经共线光学参量效应,在Y轴正向产生Stokes光(6)和第五太赫兹波(23),同时在Y轴负向也产生Stokes光(6)和第六太赫兹波(24),产生的Stokes光(6)在由第一反射镜(1)、第二反射镜(8)、第三反射镜(9)、第四反射镜(10)、第五反射镜(11)和第六反射镜(12)组成的谐振腔内谐振放大;产生的第五太赫兹波(23)由第五抛物面镜(17)耦合输出,产生的第六太赫兹波(24)由第六抛物面镜(18)耦合输出,沿Y轴负向传播的泵浦光(5)、Stokes光(6)经第六反射镜(12)反射后沿Y轴正向入射GaAs晶体(7)。
2.根据权利要求1所述的三维太赫兹波参量振荡器,其特征在于:所述第一反射镜(1)、第二反射镜(8)、第三反射镜(9)、第四反射镜(10)、第五反射镜(11)和第六反射镜(12)均为平面镜。
3.根据权利要求1所述的三维太赫兹波参量振荡器,其特征在于:所述第一反射镜(1)、第二反射镜(8)、第三反射镜(9)、第四反射镜(10)、第五反射镜(11)和第六反射镜(12)对泵浦光(5)和Stokes光(6)全反射。
4.根据权利要求1所述的三维太赫兹波参量振荡器,其特征在于:所述第一反射镜(1)、第二反射镜(8)、第三反射镜(9)、第四反射镜(10)、第五反射镜(11)和第六反射镜(12)的角度可调。
5.根据权利要求1所述的三维太赫兹波参量振荡器,其特征在于:所述GaAs晶体(7)为正方体,泵浦光(5)和Stokes光(6)均垂直入射GaAs晶体(7),并从GaAs晶体(7)的表面垂直出射。
6.根据权利要求5所述的三维太赫兹波参量振荡器,其特征在于:所述正方体的边长为2cm。
7.根据权利要求1所述的三维太赫兹波参量振荡器,其特征在于:所述第一抛物面镜(13)、第二抛物面镜(14)、第三抛物面镜(15)、第四抛物面镜(16)、第五抛物面镜(17)和第六抛物面镜(18)的中心均留有一个供泵浦光(5)和Stokes光(6)通过的通孔,第一抛物面镜(13)对第一太赫兹波(19)全反射,第二抛物面镜(14)对第二太赫兹波(20)全反射,第三抛物面镜(15)对第三太赫兹波(21)全反射,第四抛物面镜(16)对第四太赫兹波(22)全反射,第五抛物面镜(17)对第五太赫兹波(23)全反射,第六抛物面镜(18)对第六太赫兹波(24)全反射。
8.根据权利要求1所述的三维太赫兹波参量振荡器,其特征在于:所述沿X轴正负方向、Y轴正负方向、Z轴正负方向产生的六束Stokes光(6)的波长均相等,第一太赫兹波(19)、第二太赫兹波(20)、第三太赫兹波(21)、第四太赫兹波(22)、第五太赫兹波(23)和第六太赫兹波(24)的频率均相等。
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Granted publication date: 20201201 Termination date: 20211011 |
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