專(zhuān)利名稱(chēng)：循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種差頻方式產(chǎn)生的寬帶調(diào)諧太赫茲波裝置，尤其涉及一種基于超聲光柵移頻、循環(huán)移頻和差頻原理的寬帶調(diào)諧太赫茲波光源。
背景技術(shù)：
太赫茲(THz，ITHz = IO12Hz)波是指工作頻率處于0. 1 IOTHz范圍內(nèi)的電磁波。 太赫茲波之所以能引起科學(xué)工作者濃厚的研究興趣，并不是因?yàn)樗衩囟r為人知的電磁輻射，更主要是因?yàn)樗哂泻芏嗒?dú)特的性質(zhì)，正是這些獨(dú)特的性質(zhì)賦予了太赫茲科學(xué)廣泛的應(yīng)用前景。太赫茲波的獨(dú)特的性質(zhì)主要表現(xiàn)在透視性、安全性、光譜分辨本領(lǐng)。太赫茲輻射對(duì)很多介電材料和非極性的液體有良好的穿透性，因此可以對(duì)非透明物體進(jìn)行透視成像，另外由于太赫茲的波長(zhǎng)大于空氣中懸浮煙霧顆粒的尺度，瑞利散射損耗極小，所以能較好地穿透煙塵和濃霧，是火災(zāi)救護(hù)或風(fēng)塵環(huán)境監(jiān)測(cè)中成像的理想光源。相比X射線(xiàn)具有千電子伏的光子能量，太赫茲輻射的光子能量只有毫電子伏，該能量比各種化學(xué)鍵的鍵能都低，所以不會(huì)發(fā)生電離反應(yīng)，即不會(huì)破壞化合物分子結(jié)構(gòu)，因此可以應(yīng)用到安檢和生物檢測(cè)等場(chǎng)所，這是太赫茲的安全性的體現(xiàn)，大量的分子，尤其是有機(jī)分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的躍遷譜，均處于太赫茲頻譜范圍內(nèi)，因而可以利用光譜分辨率特性實(shí)現(xiàn)物體形貌和組成成分的分析。由于太赫茲波具有上述重要的應(yīng)用前景，目前國(guó)際上已有多個(gè)小組開(kāi)展了相干太赫茲波領(lǐng)域的科學(xué)研究工作，尤其是關(guān)于可調(diào)諧相干太赫茲波的產(chǎn)生方面的研究。在韓國(guó)， N. J.Kim小組于2009年實(shí)現(xiàn)了基于雙波長(zhǎng)分布式反饋激光二極管(Distributed Feedback Laser Diodes,DFB LDs)泵浦的可調(diào)諧連續(xù)波太赫茲輻射，并于2010年將太赫茲波的調(diào)諧寬度擴(kuò)大到0. 5THz。在加拿大，S. L. Pan小組于2009年實(shí)現(xiàn)了基于雙波長(zhǎng)摻餌光纖激光 (Erbium-Doped Fiber Laser,EDFL)的可調(diào)諧微波信號(hào)輸出。在美國(guó)，Y. J. Ding小組于2010 年實(shí)現(xiàn)了基于雙波長(zhǎng)差頻(Difference Frequency,DF)產(chǎn)生了緊湊、便攜式太赫茲輻射源， 其體積可以縮小到30. 48X15. 24X10. 16cm3，唯一不足的是不可調(diào)諧。在德國(guó)，波恩大學(xué)的I. Breunig小組從2007年至2010年期間不斷完善基于內(nèi)腔光學(xué)參量振蕩器Gnternal Cavity Optical Parametric Oscillator, IC0P0)的可調(diào)諧太赫茲波產(chǎn)生方案，最終其調(diào)諧寬度達(dá)到2THz，但加熱爐的溫度穩(wěn)定性成為影響準(zhǔn)相位匹配(QPM)的關(guān)鍵問(wèn)題。在法國(guó)，法國(guó)科學(xué)研究中心(CNRS)的J. Mangeney小組最近幾年一直致力于利用某些非線(xiàn)性材料(如Ina53G^47As)的光混合器(PM)產(chǎn)生可調(diào)諧連續(xù)太赫茲波的研究，最大調(diào)諧寬度為 0·9ΤΗζ。在日本，H. Ito 小組利用 UTC-PD (Uni-iTraveling-Carrier Photodioed)光混合器實(shí)現(xiàn)了連續(xù)太赫茲波的產(chǎn)生，最高頻率可以達(dá)到1. 5THz。獲得太赫茲波的方式很多，原理也各異，目前產(chǎn)生可調(diào)諧相干太赫茲波的方式大致可以分為三大類(lèi)。第一類(lèi)是基于雙波長(zhǎng)泵浦源研究和設(shè)計(jì)的可調(diào)諧相干太赫茲輻射；第二類(lèi)是泵浦源波長(zhǎng)固定，基于非線(xiàn)性級(jí)聯(lián)過(guò)程的IC0P0產(chǎn)生太赫茲波的研究和設(shè)計(jì)。第三類(lèi)是基于PM的可調(diào)諧太赫茲輻射源。對(duì)于第一類(lèi)而言，目前主要涉及基于DFB LDs、EDFLs、DF雙波長(zhǎng)泵浦源的可調(diào)諧相干太赫茲輻射源研究和設(shè)計(jì)。利用DFB LDs產(chǎn)生的太赫茲調(diào)諧范圍較窄，一般不到0. 5THz ；利用EDFLs方式產(chǎn)生的太赫茲調(diào)諧范圍雖然可以達(dá)到0. 5THz，但其結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜；而利用DF方式產(chǎn)生的太赫茲調(diào)諧范圍雖然較寬，可以達(dá)到20THz，但這種方式的太赫茲輻射源裝置相當(dāng)龐大，盡管2010年，Y. J. Ding實(shí)現(xiàn)了 30. 48X15. 24X10. 16cm3緊湊的太赫茲輻射源，然而卻不可調(diào)諧。對(duì)于第二類(lèi)而言，雖然目前其調(diào)諧寬度可以達(dá)到2THz，但由于溫度穩(wěn)定性原因，滿(mǎn)足準(zhǔn)相位匹配條件并不是件容易的事，從而使得調(diào)諧效率較低。對(duì)于第三類(lèi)而言，目前最高調(diào)諧寬度為0.9THZ，顯然其調(diào)諧寬度較窄?？傊?，上述方法或調(diào)諧寬度較窄，或體積龐大，或調(diào)諧效率低，或轉(zhuǎn)換效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種緊湊、便攜，易于集成，寬調(diào)諧且調(diào)諧效率高的寬帶調(diào)諧太赫茲波裝置。解決本發(fā)明技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是提供一種循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，其包括激光器、第一環(huán)行器、光分束器、基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)、第一光束合成器、光隔離器、非線(xiàn)性元件及太赫茲濾波片，所述激光器輸出的光經(jīng)過(guò)第一環(huán)行器后被光分束器分為第一路和第二路，第一路為參考光，第二路輸入到所述循環(huán)移頻環(huán)節(jié)后產(chǎn)生循環(huán)移頻光，所述參考光和循環(huán)移頻光經(jīng)第一光束合成器合束后， 再經(jīng)過(guò)光隔離器在非線(xiàn)性元件中進(jìn)行差頻，最后經(jīng)過(guò)太赫茲濾波片濾波輻射出相干太赫茲波。所述激光器為工作波長(zhǎng)在600nm-2000nm波段內(nèi)的半導(dǎo)體激光器、氣體激光器、固體激光器或光纖激光器。所述第一環(huán)行器為三端口環(huán)行器，其第一端口連接激光器，第二端口連接光分束器，第三端口連接吸收負(fù)載，所述吸收負(fù)載吸收光分束器的反射光。所述非線(xiàn)性元件為非線(xiàn)性材料和線(xiàn)性材料交替排列的周期結(jié)構(gòu)，或由非線(xiàn)性材料和線(xiàn)性材料交替排列構(gòu)成的光學(xué)超晶格結(jié)構(gòu)，或由非線(xiàn)性材料和線(xiàn)性材料交替排列構(gòu)成的慢變周期結(jié)構(gòu)，或由非線(xiàn)性材料和線(xiàn)性材料排列構(gòu)成的斐波納契(Fibonacci)結(jié)構(gòu)，它滿(mǎn)足系統(tǒng)的太赫茲輸出波頻率調(diào)諧范圍所對(duì)應(yīng)的非線(xiàn)性差頻過(guò)程所要求的相位匹配條件范圍。所述太赫茲濾波片為太赫茲帶通透射式濾波器或太赫茲帶阻反射式濾波器；對(duì)于帶通透射式濾波器，透射波輸出為太赫茲波，其它波長(zhǎng)的波會(huì)被該濾波器反射；對(duì)于帶阻反射式濾波器，反射波輸出為太赫茲波，其它波長(zhǎng)的波會(huì)透過(guò)該濾波器。所述基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)的閉環(huán)增益系數(shù)的最佳值為1，次佳值為 1以外的其它正整數(shù)值，再次佳值為1以外的其它正整數(shù)的倒數(shù)值。所述光分束器的分光比最佳值為1，次佳值為1以外的其它正整數(shù)的倒數(shù)值，再次佳值為1以外的其它正整數(shù)值，所述光分束器的分光比為參考光功率除以基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)的輸入光功率。所述基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)包括第二光束合成器、超聲光柵、L1透鏡、 L2透鏡、第二環(huán)行器、第一反饋式布喇格光柵、可調(diào)諧濾波器、光放大器和光幅度衰減器，所述光放大器和光幅度衰減器組成增益可調(diào)的光放大器。所述超聲光柵為透射超聲光柵，用于相位調(diào)制。所述第二環(huán)行器為三端口環(huán)行器，其第一端口接收來(lái)自1^2透鏡的光，第二端口連接第一反饋式布喇格光柵，第三端口連接吸收負(fù)載，所述吸收負(fù)載吸收第一反饋式布喇格光柵的反射光。所述基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)中各部件、第一光束合成器、光隔離器的工作頻率帶寬不小于輸出的太赫茲波的最高頻率。所述環(huán)行器、光分束器、基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)中各部件、第一光束合成器、光隔離器的工作波段與激光器的工作波段一致。所述可調(diào)諧濾波器為窄帶濾波器，其允許一窄帶光輸出到光束合成器的輸入端， 而將其它頻率的光反射到光放大器的輸入端，所述可調(diào)諧濾波器的窄帶輸出光的頻率與所述激光器的輸出光的頻率之差等于所需要的太赫茲波的頻率，輸出的太赫茲波的頻率調(diào)節(jié)范圍不大于可調(diào)諧濾波器的窄帶輸出光的頻率調(diào)諧范圍。所述可調(diào)諧濾波器為帶缺陷層的一維光子晶體可調(diào)諧濾波器或布喇格光柵-全反射鏡組合體。所述一維光子晶體的光子禁帶區(qū)不小于系統(tǒng)輸出波的頻率調(diào)諧范圍，所述一維光子晶體包含一層折射率可調(diào)缺陷層，所述缺陷層的折射率的調(diào)節(jié)方式包括電致折變、磁致折變、聲致折變、光致折變、力致折變或熱致折變，所述一維光子晶體具有一缺陷模，所述缺陷模隨所述缺陷層的折射率的變化而變化，所述一維光子晶體可調(diào)諧濾波器的表面與其入射波的方向成45度夾角，所述一維光子晶體可調(diào)諧濾波器的窄帶透射波進(jìn)入到光束合成器的輸入端，所述一維光子晶體可調(diào)諧濾波器的反射光進(jìn)入到光放大器的輸入端。所述布喇格光柵-全反射鏡組合體包括一個(gè)與入射光方向成45度夾角的第二反饋式布喇格光柵和一個(gè)反射面與入射光方向成45度夾角的全反射鏡，在所述第二反饋式布喇格光柵和全反射鏡之間為一空氣或介質(zhì)層，所述第二反饋式布喇格光柵的窄帶反射光為該可調(diào)諧濾波器的窄帶輸出光，所述第二反饋式布喇格光柵的窄帶反射光進(jìn)入第一光束合成器中，所述全反射鏡的反射光沿另一光路進(jìn)入到光放大器的輸入端，所述第二反饋式布喇格光柵的晶格參數(shù)通過(guò)壓電效應(yīng)、磁致伸縮效應(yīng)、熱脹冷縮效應(yīng)、電致折變、磁致折變、 聲致折變、光致折變、力致折變或熱致折變方式來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)所述第二反饋式布喇格光柵的窄帶反射光的頻率的調(diào)節(jié)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(1)緊湊、便攜。循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器利用市售組件組裝后的體積不超過(guò)40 X 10 X 35cm3，重量不超過(guò)^g。(2)光路簡(jiǎn)單。在整個(gè)裝置中，只有光分束器及L” L2透鏡為可動(dòng)光學(xué)元件，其它部分均已固定，優(yōu)選光束合成器為光纖耦合器。該裝置方便光集成。(3)調(diào)諧范圍或調(diào)諧寬度大。即便中心波長(zhǎng)(例如，1550nm)受可調(diào)諧濾波器和光放大器的帶寬限制。對(duì)于工作帶寬為40nm的可調(diào)諧濾波器和光放大器，即能獲得5THz太赫茲波的調(diào)諧寬度。這比以往大多數(shù)太赫茲輻射源的調(diào)諧寬度都要大。隨著可調(diào)諧濾波器和帶通放大器的調(diào)諧寬度的增大，輸出太赫茲波的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)范圍會(huì)相應(yīng)地增加。(4)調(diào)諧效率高。該方案中的調(diào)諧主要通過(guò)超聲光柵實(shí)現(xiàn)頻率移動(dòng)，當(dāng)調(diào)節(jié)后的信號(hào)頻率達(dá)到可調(diào)諧濾波器的選取頻率時(shí)，可調(diào)諧濾波器的窄帶光輸出端便輸出一窄帶光到第一光束合成器的輸入端，否則信號(hào)光被反射進(jìn)入光放大器，經(jīng)過(guò)放大后，再反饋到超聲光柵的輸入端，經(jīng)過(guò)超聲光柵再次進(jìn)行頻率移動(dòng)。這個(gè)過(guò)程不需要人工或計(jì)算機(jī)干預(yù)，其調(diào)諧效率相當(dāng)高。(5)太赫茲產(chǎn)生效率高。由于循環(huán)移頻節(jié)中存在增益可調(diào)部分，所以移頻光的輸出功率會(huì)比較高，這比以往任何一種移頻方式的效率都要高，進(jìn)而太赫茲輻射的轉(zhuǎn)換效率也相應(yīng)比較高。


圖1是本發(fā)明循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器的第一種實(shí)施方式的示意圖。圖3是本發(fā)明循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器的另一種實(shí)施方式的示意圖，其中的短虛線(xiàn)框內(nèi)的斜條紋填充框和黑色填充框分別為反饋式布喇格光柵和全反射鏡。圖4是本發(fā)明循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器的差頻原理圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明提供了一種循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，如圖1所示，其包括激光器1、第一環(huán)行器、光分束器3、基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)4、 第一光束合成器、光隔離器6、非線(xiàn)性元件7及太赫茲濾波片8。激光器1輸出的光經(jīng)過(guò)第一環(huán)行器后被光分束器3分為第一路和第二路，第一路為參考光，第二路輸入到所述循環(huán)移頻環(huán)節(jié)4后產(chǎn)生循環(huán)移頻光，所述參考光和循環(huán)移頻光經(jīng)第一光束合成器合束后，再經(jīng)過(guò)光隔離器6在非線(xiàn)性元件7中進(jìn)行差頻，最后經(jīng)過(guò)太赫茲濾波片8濾波輻射出相干太赫茲波。激光器1為工作波長(zhǎng)在600nm-2000nm波段內(nèi)的半導(dǎo)體激光器、氣體激光器、固體激光器或光纖激光器。第一環(huán)行器為三端口環(huán)行器，其第一端口連接激光器1，第二端口連接光分束器3，第三端口連接吸收負(fù)載，所述吸收負(fù)載吸收光分束器3的反射光。基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)4包括第二光束合成器、超聲光柵42、L1透鏡 43,L2透鏡44、第二環(huán)行器、第一反饋式布喇格光柵46、可調(diào)諧濾波器47、光放大器48和光幅度衰減器49，光放大器48和光幅度衰減器49組成增益可調(diào)的光放大器。第一環(huán)行器、光分束器3、基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)4中各部件、第一光束合成器、光隔離器6的工作波段與激光器1的工作波段一致?；诔暪鈻乓祁l的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)4的閉環(huán)增益系數(shù)或稱(chēng)整體增益系數(shù)的最佳值為1，次佳值為1以外的其它正整數(shù)值，再次佳值為1以外的其它正整數(shù)的倒數(shù)值。基于超聲光柵移頻的循環(huán)頻移環(huán)節(jié)4的輸出光的幅度最佳值等于參考光的幅度，即光分束器3的分光比最佳值為1，次佳值為1以外的其它正整數(shù)的倒數(shù)值，再次佳值為1以外的其它正整數(shù)值，也即光分束器3的分光比與基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)的閉環(huán)增益系數(shù)的乘積最佳值為1。光分束器3的分光比等于參考光功率除以基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)4的輸入功率。超聲光柵42為透射超聲光柵，用于相位調(diào)制。超聲光柵42的頻移原理是超聲波在透明介質(zhì)中傳播時(shí)將引起介質(zhì)的彈性應(yīng)變而作時(shí)間和空間上的周期性變化，導(dǎo)致介質(zhì)的折射率也作相應(yīng)變化。若聲光作用距離較小時(shí)，光波通過(guò)介質(zhì)主要引起空間周期性變化，最終光波的位相受到調(diào)制。不失一般性，設(shè)聲光介質(zhì)中的超聲波是沿著X方向傳播的平面縱波，其角頻率為ω s，波矢量為ks ( = 2 π / λ s)，其中λ s為超聲波波長(zhǎng)；入射光為沿ζ方向傳播的平面波，其角頻率為ω，波矢量為Η = 2π/λ)，其中λ為真空中光波波長(zhǎng)。當(dāng)介質(zhì)的彈性應(yīng)變較小時(shí)，折射率η隨χ和時(shí)間t的變化關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，其特征在于其包括激光器(1)、第一環(huán)行器、光分束器(3)、基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)G)、第一光束合成器、光隔離器(6)、非線(xiàn)性元件(7)及太赫茲濾波片(8)；所述激光器(1)輸出的光經(jīng)過(guò)第一環(huán)行器后被光分束器C3)分為第一路和第二路，第一路為參考光，第二路輸入到所述循環(huán)移頻環(huán)節(jié)(4)后產(chǎn)生循環(huán)移頻光，第一光束合成器將所述參考光和循環(huán)移頻光合束后經(jīng)光隔離器(6)在非線(xiàn)性元件(7)中進(jìn)行差頻，然后經(jīng)過(guò)太赫茲濾波片(8)濾波輻射出相干太赫茲波。
2.按照權(quán)利要求1所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器， 其特征在于所述激光器(1)為工作波長(zhǎng)在600nm-2000nm波段內(nèi)的半導(dǎo)體激光器、氣體激光器、固體激光器或光纖激光器。
3.按照權(quán)利要求1所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器， 其特征在于所述第一環(huán)行器為三端口環(huán)行器，其第一端口連接激光器(1)，第二端口連接光分束器(3)，第三端口連接吸收負(fù)載，所述吸收負(fù)載吸收光分束器(3)的反射光。
4.按照權(quán)利要求1所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器， 其特征在于所述非線(xiàn)性元件(7)為非線(xiàn)性材料和線(xiàn)性材料交替排列的周期結(jié)構(gòu)，或由非線(xiàn)性材料和線(xiàn)性材料交替排列構(gòu)成的光學(xué)超晶格結(jié)構(gòu)，或由非線(xiàn)性材料和線(xiàn)性材料交替排列構(gòu)成的慢變周期結(jié)構(gòu)，或由非線(xiàn)性材料和線(xiàn)性材料排列構(gòu)成的斐波納契(Fibonacci)結(jié)構(gòu)，它滿(mǎn)足系統(tǒng)的太赫茲輸出波頻率調(diào)諧范圍所對(duì)應(yīng)的非線(xiàn)性差頻過(guò)程所要求的相位匹配條件范圍。
5.按照權(quán)利要求1所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器， 其特征在于所述太赫茲濾波片(8)為太赫茲帶通透射式濾波器或太赫茲帶阻反射式濾波器；對(duì)于帶通透射式濾波器，透射波輸出為太赫茲波，其它波長(zhǎng)的波會(huì)被該濾波器反射；對(duì)于帶阻反射式濾波器，反射波輸出為太赫茲波，其它波長(zhǎng)的波會(huì)透過(guò)該濾波器。
6.按照權(quán)利要求1所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器， 其特征在于所述基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)(4)的閉環(huán)增益系數(shù)的最佳值為1，次佳值為1以外的其它正整數(shù)值，再次佳值為1以外的其它正整數(shù)的倒數(shù)值。
7.按照權(quán)利要求1所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器， 其特征在于所述光分束器(3)的分光比最佳值為1，次佳值為1以外的其它正整數(shù)的倒數(shù)值，再次佳值為1以外的其它正整數(shù)值，所述光分束器(3)的分光比為參考光功率除以基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)的輸入光功率。
8.按照權(quán)利要求1所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器， 其特征在于所述基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)(4)包括第二光束合成器、超聲光柵 (42)、L1透鏡、L2透鏡04)、第二環(huán)行器、第一反饋式布喇格光柵G6)、可調(diào)諧濾波器 (47)、光放大器08)和光幅度衰減器(49)，所述光放大器08)和光幅度衰減器G9)組成增益可調(diào)的光放大器。
9.按照權(quán)利要求8所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器， 其特征在于所述超聲光柵0 為透射超聲光柵，用于相位調(diào)制。
10.按照權(quán)利要求8所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，其特征在于所述第二環(huán)行器為三端口環(huán)行器，其第一端口接收來(lái)自L(fǎng)2透鏡04)的光，第二端口連接第一反饋式布喇格光柵G6)，第三端口連接吸收負(fù)載，所述吸收負(fù)載吸收第一反饋式布喇格光柵G6)的反射光。
11.按照權(quán)利要求8所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，其特征在于所述基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)(4)中各部件、第一光束合成器、 光隔離器(6)的工作頻率帶寬不小于輸出的太赫茲波的最高頻率。
12.按照權(quán)利要求8所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，其特征在于所述第一環(huán)行器、光分束器(3)、基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)(4)中各部件、第一光束合成器、光隔離器(6)的工作波段與激光器(1)的工作波段一致。
13.按照權(quán)利要求8所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，其特征在于所述可調(diào)諧濾波器G7)為窄帶濾波器，其允許一頻率可調(diào)的窄帶光輸出到第一光束合成器的輸入端，而將其它頻率的光反射到光放大器G8)的輸入端，所述可調(diào)諧濾波器G7)的窄帶輸出光的頻率與所述激光器(1)的輸出光的頻率之差等于所需要的太赫茲波的頻率，輸出的太赫茲波的頻率調(diào)節(jié)范圍不大于可調(diào)諧濾波器G7)的窄帶輸出光的頻率調(diào)諧范圍。
14.按照權(quán)利要求13所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，其特征在于所述可調(diào)諧濾波器G7)為帶缺陷層的一維光子晶體可調(diào)諧濾波器或布喇格光柵-全反射鏡組合體。
15.按照權(quán)利要求14所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，其特征在于所述一維光子晶體的光子禁帶區(qū)不小于系統(tǒng)輸出的太赫茲波的頻率調(diào)諧范圍，所述一維光子晶體包含一層折射率可調(diào)缺陷層，所述缺陷層的折射率的調(diào)節(jié)方式包括電致折變、磁致折變、聲致折變、光致折變、力致折變或熱致折變，所述一維光子晶體具有一缺陷模，所述缺陷模隨所述缺陷層的折射率的變化而變化，所述一維光子晶體可調(diào)諧濾波器的表面與其入射波的方向成45度夾角，所述一維光子晶體可調(diào)諧濾波器的窄帶透射波進(jìn)入到光束合成器(5)的輸入端，所述一維光子晶體可調(diào)諧濾波器的反射光進(jìn)入到光放大器G8)的輸入端。
16.按照權(quán)利要求14所述的循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，其特征在于所述布喇格光柵-全反射鏡組合體包括一個(gè)與入射光方向成45度夾角的第二反饋式布喇格光柵和一個(gè)反射面與入射光方向成45度夾角的全反射鏡，在所述第二反饋式布喇格光柵和全反射鏡之間為一空氣或介質(zhì)層，所述第二反饋式布喇格光柵的窄帶反射光為該可調(diào)諧濾波器的窄帶輸出光，所述第二反饋式布喇格光柵的窄帶反射光進(jìn)入第一光束合成器中，所述全反射鏡的反射光沿另一光路進(jìn)入到光放大器G8)的輸入端，所述第二反饋式布喇格光柵的晶格參數(shù)通過(guò)壓電效應(yīng)、磁致伸縮效應(yīng)、熱脹冷縮效應(yīng)、電致折變、磁致折變、聲致折變、光致折變、力致折變或熱致折變方式來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)所述第二反饋式布喇格光柵的窄帶反射光的頻率的調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種循環(huán)超聲光柵移頻非線(xiàn)性差頻式寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，其包括激光器、第一環(huán)行器、光分束器、基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)、第一光束合成器、光隔離器、非線(xiàn)性元件和太赫茲濾波片。所述激光器輸出的光經(jīng)過(guò)第一環(huán)行器后被光分束器分為第一路和第二路，第一路為參考光，第二路輸入到所述循環(huán)移頻環(huán)節(jié)后產(chǎn)生循環(huán)移頻光，第一光束合成器將所述參考光和循環(huán)移頻光合束后經(jīng)光隔離器在非線(xiàn)性元件中進(jìn)行差頻，然后經(jīng)過(guò)太赫茲濾波片濾波輻射出相干太赫茲波。本發(fā)明提供的寬帶調(diào)諧太赫茲發(fā)生器體積小，光學(xué)元件少因而易集成，調(diào)諧范圍大，調(diào)諧效率高，太赫茲產(chǎn)生效率高。
文檔編號(hào)H01S1/02GK102255224SQ20111010103
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者歐陽(yáng)征標(biāo), 祁春超 申請(qǐng)人:歐陽(yáng)征標(biāo), 深圳大學(xué)