CN113839291A - 基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源及获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源及获取方法，涉及太赫兹辐射源装置技术领域，以解决现有太赫兹装置不满足小型化应用的问题。辐射源的泵浦光源生成稳定聚焦的泵浦激光；谐振腔在输入端透过泵浦激光，在输出端输出与目标频率和方向一致的光，抑制其他频率和方向的光；铌酸锂晶体组件，放置在谐振腔内，在选定的工作温度下，参照光学参量振荡的相位匹配关系将接收到的泵浦激光转换为双波长激光，再根据差频相位匹配关系，向外输出对应频率差值的太赫兹；带孔抛物面镜对接收到的具有对应频率差值的太赫兹进行分光，利用抛物面镜对目标频率的太赫兹进行汇聚输出。上述太赫兹辐射源及获取方法用于基于小型化辐射源获取太赫兹。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹辐射源装置技术领域，尤其涉及一种基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源及获取方法。
背景技术
太赫兹雷达具备复杂环境全天时、全天候的工作能力，且兼具高分辨率、抗干扰和反隐身等独特优势，在军事领域具有广阔的应用前景，是雷达探测领域的重点发展方向之一。目前，太赫兹雷达的发射机主要利用了真空电子学和固态电子学技术，可实现的工作频段主要集中在1THz以下，难以发挥高频太赫兹的技术特点，也限制了太赫兹雷达系统能力的进一步提升。
光子学技术是发展高频太赫兹雷达的主要技术途径，光学差频产生技术具有宽调谐、室温工作、无阈值、窄线宽等优点，是利用非线性光学频率变换实现太赫兹输出的关键技术之一。光学差频太赫兹辐射源主要包括差频泵浦源和差频材料两个重要部分，其中差频泵浦源一般由由双激光器或双谐振光学参量振荡器构成，主要作用是提供双波长激光源，差频材料主要指非线性晶体，是双波长激光与太赫兹非线性光学频率变换的媒介，完成双波长激光与太赫兹的互作用，实现太赫兹输出。由于双波长激光器和差频产生过程均会占用较大的空间，导致现有光学差频太赫兹辐射源的体积较大，不足以满足小型化应用的需求。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于非周期极化铌酸晶体的光学差频太赫兹辐射源，解决目前光学差频产生太赫兹辐射源的小型化应用问题，为高频太赫兹雷达在探测技术领域的应用发展提供实用的可靠的太赫兹辐射源。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源，包括泵浦光源、谐振腔、非周期极化铌酸锂晶体以及带孔抛物面镜；
所述泵浦光源，用于生成稳定聚焦的泵浦激光；
所述谐振腔，用于在输入端透过泵浦激光，在输出端输出与目标频率和方向一致的光，抑制其他频率和方向的光；
所述铌酸锂晶体组件，放置在所述谐振腔内，用于在选定的工作温度下，参照光学参量振荡的相位匹配关系将接收到的泵浦激光转换为双波长激光，再根据差频相位匹配关系，向外输出对应频率差值的太赫兹；
所述带孔抛物面镜，用于对接收到的具有对应频率差值的太赫兹进行分光，利用抛物面镜对目标频率的太赫兹进行汇聚输出。
本发明提供的基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源的泵浦光源能够生成稳定聚焦的泵浦激光，产生的泵浦激光能够进入到谐振腔内，并照射进非周期极化铌酸锂晶体内，非周期极化铌酸锂晶体完成两个光学非线性频率变换，将双波长激光产生与光学差频产生两个转换过程合二为一。不仅大大缩小了辐射源的整体尺寸和体积，也从系统结构和器件耗材上进行了简化与改进；非周期极化铌酸锂晶体具有可同时实现多个非线性过程的能力，且可根据不同的研究需要进行结构设计和制作，该晶体对热敏感，能够实现温度调控，对相位匹配过程实现灵活变化，调谐太赫兹输出的波长大小。上述基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源解决了现有光学差频太赫兹技术面临的小型化问题，并且结构简单，体积小，具有很高的实用性。
本发明还提供一种基于太赫兹辐射源的太赫兹获取方法，包括以下步骤：
S10：生成稳定聚焦的泵浦激光；
S20：；在选定的工作温度下，对进入谐振腔的泵浦激光参照光学参量振荡的相位匹配关系将，接收到的泵浦激光转换为双波长激光，再根据差频相位匹配关系，向外输出对应频率差值的太赫兹；
S30：对接收到的具有对应频率差值的太赫兹进行分光，利用抛物面镜对目标频率的太赫兹进行汇聚输出。
与现有技术相比，本发明提供的基于太赫兹辐射源的太赫兹获取方法的有益效果与上述技术方案所述基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一中基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源的适宜性结构图。
图2为本发明实施例二中基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源的太赫兹获取方法的适宜性流程图。
附图标记：
1-泵浦激光器、2-耦合透镜、3-输入镜、4-非周期极化铌酸锂晶体、5-温控装置、6-输出镜、7-带孔抛物面镜。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
本发明提供的基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源，包括泵浦光源、谐振腔、非周期极化铌酸锂晶体4以及带孔抛物面镜7；泵浦光源，用于生成稳定聚焦的泵浦激光；谐振腔，用于在输入端透过泵浦激光，在输出端输出与目标频率和方向一致的光，抑制其他频率和方向的光；铌酸锂晶体组件，放置在谐振腔内，用于在选定的工作温度下，参照光学参量振荡的相位匹配关系将接收到的泵浦激光转换为双波长激光，再根据差频相位匹配关系，向外输出对应频率差值的太赫兹；带孔抛物面镜7，用于对接收到的具有对应频率差值的太赫兹进行分光，利用抛物面镜对目标频率的太赫兹进行汇聚输出。
具体实施时：
工作时，泵浦激光器1提供泵浦激光，波长为800-1500nm，泵浦激光经过耦合透镜2的整形聚焦，透过输入镜3从非周期极化铌酸锂晶体4的一侧进入到晶体内，经过耦合透镜2聚焦位置的调节，控制光斑大小不超过非周期极化铌酸锂晶体4的晶体厚度，即光斑完全在非周期极化铌酸锂晶体4端侧内部。
谐振腔由输入镜3与输出镜6组成，输入镜3一面镀有泵浦激光高透的膜层，另一面镀有谐振光高反的膜层，输出镜6镀有谐振光高反膜层，具有部分透过率，避免腔内功率过高造成损伤。泵浦激光作用于非周期极化铌酸锂晶体4后，根据光学参量振荡的相位匹配关系实现双波长激光，双波长激光再根据差频相位匹配关系，实现对应频率差值的太赫兹输出。由于输出镜6具有部分透过率，在输出一端需要将太赫兹和谐振光进行分光处理，选用带孔抛物面镜7，谐振激光方向性较好，可直接由带孔抛物面镜7的小孔穿透，太赫兹则经过带孔抛物面镜7会聚接收。
本发明提供的基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源的泵浦光源能够生成稳定聚焦的泵浦激光，产生的泵浦激光能够进入到谐振腔内，并照射进非周期极化铌酸锂晶体4内，非周期极化铌酸锂晶体4完成两个光学非线性频率变换，将双波长激光产生与光学差频产生两个转换过程合二为一。不仅大大缩小了辐射源的整体尺寸和体积，也从系统结构和器件耗材上进行了简化与改进；非周期极化铌酸锂晶体4具有可同时实现多个非线性过程的能力，且可根据不同的研究需要进行结构设计和制作，该晶体对热敏感，能够实现温度调控，对相位匹配过程实现灵活变化，调谐太赫兹输出的波长大小。上述基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源解决了现有光学差频太赫兹技术面临的小型化问题，并且结构简单，体积小，具有很高的实用性。
作为一种可实施方式，铌酸锂晶体组件包括非周期极化铌酸锂晶体4和温控装置5；温控装置5，用于对非周期极化铌酸锂晶体4的工作温度进行调节；非周期极化铌酸锂晶体4，安装在温控装置5上，用于在温控装置5调节的温度下，利用光学参量振荡将泵浦激光转换成双波长激光，再利用光学差频产生太赫兹，并输出。进一步的，温控装置5的调节范围小于等于200℃，调节精度大于0.1℃。非周期极化铌酸锂晶体4的两端均镀有高透膜层。
温控装置5可以对非周期极化铌酸锂晶体4的工作温度进行调控，进而对非周期极化铌酸锂晶体4内发生的非线性作用进行调节，为了避免对非周期极化铌酸锂晶体4造成光学损伤，温控装置5的温度调节范围设定在200℃以内，调节精度至少满足0.1℃，以起到更好的光学保护作用。进一步的，温控装置5安装有多维调整旋钮，能够实现对非周期极化铌酸锂晶体4的灵活调控。
非周期极化铌酸锂晶体4具有非传统极化铌酸锂晶体的规格尺寸，其周期结构根据非线性过程进行设计，非周期结构可满足多个非线性过程的相位匹配，为了减小泵浦激光与谐振光损耗，非周期极化铌酸锂晶体4两个端面同样镀有高透膜层，可以有效的提高泵浦激光和生成的太赫兹的通过率，减小对泵浦激光和生成的太赫兹的损耗。
作为一种可实施方式，泵浦光源包括泵浦激光器1和耦合透镜2；泵浦激光器1，用于输出泵浦激光；耦合透镜2，与泵浦激光器1通过光纤连接，用于对接收到的泵浦激光进行整形聚焦，将聚焦后的泵浦激光发送至谐振腔。进一步的，耦合透镜2聚焦到非周期极化铌酸锂晶体4的光圈小于等于非周期极化铌酸锂晶体4的厚度。
耦合透镜2能够将整形后的泵浦激光聚焦到非周期极化铌酸锂晶体4的一侧，为了确保聚焦后泵浦激光的入射效果，需要对耦合透镜2的位置进行调节，确保聚焦后的泵浦激光的光圈，全部落入非周期极化铌酸锂晶体4的端面内。为了确保生成太赫兹的效果，在对耦合透镜2进行位置调节时，确保经聚焦后的光圈全部落入非周期极化铌酸锂晶体4内，聚焦后的光圈直径小于非周期极化铌酸锂晶体4的厚度。
作为一种可实施方式，谐振腔包括输入镜3和输出镜6；输入镜3，用于透过泵浦激光；输出镜6，用于输出与目标频率和方向一致的光，抑制其他频率和方向的光。进一步的，输入镜3朝向泵浦光源的一侧镀有泵浦激光高透膜层，另一侧镀有谐振光高反膜层，输出镜6朝向输入镜3的一侧镀有谐振光高反膜层。
由输入镜3和输出镜6组成的谐振腔，可以满足多个非线性过程的需求，通过输入镜3和输出镜6上镀的高透膜和高反膜，输入镜3可以对泵浦激光高透、谐振光高反；输出镜6可以对谐振光部分投射，太赫兹个高透，有效的确保了输出太赫兹的效果。为了更好的提高输出的太赫兹，输出镜6基底材料选用对太赫兹吸收损耗较小的材质。
实施例二：
本发明还提供了一种基于实施例一中太赫兹辐射源的太赫兹获取方法，包括以下步骤：步骤S10：生成稳定聚焦的泵浦激光；步骤S20：；在选定的工作温度下，对进入谐振腔的泵浦激光参照光学参量振荡的相位匹配关系将，接收到的泵浦激光转换为双波长激光，再根据差频相位匹配关系，向外输出对应频率差值的太赫兹；步骤S30：对接收到的具有对应频率差值的太赫兹进行分光，利用抛物面镜对目标频率的太赫兹进行汇聚输出。
本发明提供的基于太赫兹辐射源的太赫兹获取方法，能够生成稳定聚焦的泵浦激光，生成的泵浦激光能够进入到谐振腔内，并在谐振腔内完成两个光学非线性频率变换，将双波长激光产生与光学差频产生两个转换过程合二为一；同时实现多个非线性过程的能力，且可根据不同的研究需要进行结构设计和制作，还能够进行温度调控，对相位匹配过程实现灵活变化，调谐太赫兹输出的波长大小。上述太赫兹获取方法解决了现有光学差频太赫兹技术面临的小型化问题，并且结构简单，体积小，具有很高的实用性。
作为一种可实施方式，生成稳定聚焦的泵浦激光包括以下步骤：步骤S01：输出泵浦激光；步骤S02：对泵浦激光进行整形聚焦，将聚焦后的泵浦激光发送至谐振腔。
通过对泵浦激光的整形，能够更好的将激光聚焦到谐振腔内，以便进行光学非线性频率变换。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源，其特征在于，包括泵浦光源、谐振腔、非周期极化铌酸锂晶体以及带孔抛物面镜；
所述泵浦光源，用于生成稳定聚焦的泵浦激光；
所述谐振腔，用于在输入端透过泵浦激光，在输出端输出与目标频率和方向一致的光，抑制其他频率和方向的光；
所述铌酸锂晶体组件，放置在所述谐振腔内，用于在选定的工作温度下，参照光学参量振荡的相位匹配关系将接收到的泵浦激光转换为双波长激光，根据差频相位匹配关系，向外输出对应频率差值的太赫兹；
所述带孔抛物面镜，用于对接收到的具有对应频率差值的太赫兹进行分光，利用抛物面镜对目标频率的太赫兹进行汇聚输出。
2.根据权利要求1所述的基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源，其特征在于，所述铌酸锂晶体组件包括非周期极化铌酸锂晶体和温控装置；
所述温控装置，用于对所述非周期极化铌酸锂晶体的工作温度进行调节；
所述非周期极化铌酸锂晶体，安装在所述温控装置上，用于在所述温控装置调节的温度下，利用光学参量振荡将泵浦激光转换成双波长激光，利用光学差频产生太赫兹，并输出。
3.根据权利要求2所述的基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源，其特征在于，所述温控装置的调节范围小于等于200℃，调节精度大于0.1℃。
4.根据权利要求2所述的基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源，其特征在于，所述非周期极化铌酸锂晶体的两端均镀有高透膜层。
5.根据权利要求2所述的基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源，其特征在于，所述泵浦光源包括泵浦激光器和耦合透镜；
所述泵浦激光器，用于输出泵浦激光；
所述耦合透镜，与所述泵浦激光器通过光纤连接，用于对接收到的泵浦激光进行整形聚焦，将聚焦后的泵浦激光发送至所述谐振腔。
6.根据权利要求5所述的基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源，其特征在于，所述耦合透镜聚焦到所述非周期极化铌酸锂晶体的光圈小于等于所述非周期极化铌酸锂晶体的厚度。
7.根据权利要求1所述的基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源，其特征在于，所述谐振腔包括输入镜和输出镜；
所述输入镜，用于透过泵浦激光；
所述输出镜，用于输出与目标频率和方向一致的光，抑制其他频率和方向的光。
8.根据权利要求7所述的基于非周期极化铌酸锂晶体的太赫兹辐射源，其特征在于，所述输入镜朝向所述泵浦光源的一侧镀有泵浦激光高透膜层，另一侧镀有谐振光高反膜层，所述输出镜朝向所述输入镜的一侧镀有谐振光高反膜层。
9.一种基于权利要求1至8任一项所述太赫兹辐射源的太赫兹获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
生成稳定聚焦的泵浦激光；
在选定的工作温度下，对进入谐振腔的泵浦激光参照光学参量振荡的相位匹配关系，将接收到的泵浦激光转换为双波长激光，根据差频相位匹配关系，向外输出对应频率差值的太赫兹；
对接收到的具有对应频率差值的太赫兹进行分光，利用抛物面镜对目标频率的太赫兹进行汇聚输出。
10.根据权利要求9所述的太赫兹获取方法，其特征在于，所述生成稳定聚焦的泵浦激光包括以下步骤：
输出泵浦激光；
对泵浦激光进行整形聚焦，将聚焦后的泵浦激光发送至所述谐振腔。
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