[实用新型]一种紧凑的光学差频太赫兹源

说明书

技术领域

本实用新型涉及固体激光器及非线性光学频率变换领域，更具体的说，是涉及一种紧凑稳定双波长激光器及光学差频太赫兹源。

背景技术

太赫兹(Terahertz或THz)辐射是频率在0.1-10THz，典型中心频率为1THz的电磁波，其波段介于微波和红外线之间，是宏观电子学向微观光子学过渡的重要电磁波段。太赫兹波在物理、化学、天文学、分子光谱、生命科学和医药科学等基础研究领域，以及医学成像、安全检查、环境监测、材料分析、食品检测、射电天文、移动通讯、卫星通信和军用雷达等应用研究领域均有重大的科学研究价值和广阔的应用前景。

光学差频(DFG)是获得小型化室温运转的窄带、高峰值功率、宽调谐THz辐射源的最佳方法之一。差频的非线性过程简单有效，没有阈值，不需要谐振腔，稳定性好。差频产生太赫兹波的技术可以追溯到上世纪60年代，但由于当时的激光技术和光学频率变换技术水平的限制，转换效率非常低。直到上世纪90年代后期，随着小型化全固态激光技术、高质量非线性晶体生长技术的进步以及太赫兹波的相关理论及其应用研究的兴起，差频产生太赫兹辐射的研究又成为太赫兹领域的一个研究热点。美国、日本、欧洲等发达国家以及我国的多个课题组对差频的相关理论和技术进行了深入研究。目前国内外已报道的结果中，差频方法已经可以实现低重复频率或高重复频率的脉冲运转甚至连续波运转，调谐范围覆盖0.1-30THz，输出线宽可以窄至10MHz，差频太赫兹源的峰值功率可达到千瓦(kW)甚至兆瓦(MW)量级，平均功率可以达到毫瓦量级。利用差频产生的太赫兹辐射可以对物体进行实时成像，也可以对某些物质的宽波段太赫兹谱进行检测，其极窄带的特性甚至可以清晰地分辨出某些分子的振动或转动模式。

利用低重复频率、高单能量脉冲能量的双波长激光差频可以获得较高单脉冲能量的太赫兹波，但由于重复频率低，平均功率无法有效提高，不利于快速成像等对太赫兹源功率有要求的场合。利用连续半导体激光器泵浦的双波长激光器差频可以产生高平均功率、高重复频率的太赫兹源，2010年美国LehighUniversity的PuZhao等报道了利用半导体激光器端面泵浦一块Nd:YLF晶体产生1047/1053nm双波长激光(OpticsLetters，2010，35(23)：3979-3981)，两个波长在两个谐振腔中振荡，经合束后在GaSe中差频产生了1.64THz辐射输出，但由于两个波长在晶体中有增益竞争，因此双波长的功率不稳定，产生的太赫兹功率也不稳定。2011年该研究小组对实验装置进行了改进(AppliedPhysicsLetters，2011，98：131106)，利用两台半导体激光器泵浦两块Nd:YLF晶体，在两个谐振腔中产生双波长激光并通过差频产生太赫兹波，该方案克服了增益竞争问题，双波长激光及太赫兹波的稳定性大大提高。但采用两台半导体激光器及两个谐振腔的方案大大增加了成本，也不利于双波长激光器及整体太赫兹源的小型化。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种紧凑稳定双波长激光光学差频太赫兹源。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种紧凑的光学差频太赫兹源，包括依次设置的双波长激光器和差频装置，所述双波长激光器由依次设置的泵浦源、激光反射镜、激光晶体、Q开关和激光输出镜构成；差频装置由依次设置的激光聚焦镜和差频晶体构成；所述泵浦源发出的泵浦激光注入激光晶体，激光晶体内的激活粒子在泵浦光作用下跃迁到上能级并在由所述激光反射镜和激光输出镜构成的谐振腔内产生激光振荡，所述激光晶体由两块晶体构成用于产生两个波长的激光振荡，通过所述Q开关调节谐振腔的损耗，实现脉冲激光输出，输出的激光经所述激光聚焦镜聚焦后注入所述差频晶体发生差频效应，产生太赫兹波并输出。

所述泵浦源由带有聚焦透镜的直接输出半导体激光器或光纤耦合输出半导体激光器构成；所述泵浦源发出泵浦激光的波长范围为800～810nm或880～890nm，所述泵浦源发出的泵浦激光波长通过改变泵浦源所在的工作温度进行调节。

所述激光晶体产生的波长范围在900-950nm波段、1040-1080nm波段和1300-1350nm波段中的任意一段。

所述激光晶体的每个通光面均镀有泵浦光及振荡激光增透膜。