本發(fā)明屬于太赫茲波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高能量太赫茲波參量振蕩器。

背景技術(shù)：

太赫茲波（Terahertz，簡稱THz），是指頻率在0.1-10THz（1THz＝10¹²THz）范圍內(nèi)的電磁波，其波段位于電磁波譜中毫米波和紅外線之間，是光子學(xué)與電子學(xué)、宏觀理論向微觀理論的過渡區(qū)域。太赫茲波所處的特殊位置使其在物理、化學(xué)、天文學(xué)、分子光譜、生命科學(xué)和醫(yī)藥科學(xué)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，以及醫(yī)學(xué)成像、環(huán)境監(jiān)測、材料檢測、食品檢測、射電天文、移動通訊、衛(wèi)星通信和軍用雷達等應(yīng)用研究領(lǐng)域均有重大的科學(xué)研究價值和廣闊的應(yīng)用前景。太赫茲波主要應(yīng)用在以下領(lǐng)域：

（1）成像領(lǐng)域

利用太赫茲時域光譜技術(shù)可以直接測量太赫茲電磁脈沖所產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁場，可以直接測得樣品的介電常數(shù)。

（2）生物化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域

由于許多生物大分子的轉(zhuǎn)動吸收譜處于太赫茲頻段，利用對生化反應(yīng)太赫茲吸收譜的研究可以得到反應(yīng)中的分子運動狀況信息。對于進一步研究生化反應(yīng)提供了有力的手段。

（3）天文學(xué)領(lǐng)域

在宇宙中，大量的物質(zhì)在發(fā)出太赫茲電磁波。碳（C）、水（H₂O）、一氧化碳（CO）、氮（N₂）、氧（O₂）等大量的分子可以在太赫茲頻段進行探測。

（4）通信領(lǐng)域

太赫茲波是很好的寬帶信息載體，可以攜帶聲頻或者視頻信號進行傳輸。太赫茲波用于通信可以獲得10GB/s的無線傳輸速度，這比當前的超寬帶技術(shù)快幾百至一千多倍。

（5）國土安全領(lǐng)域

在國土安全領(lǐng)域，由于太赫茲波的非電離性，及強穿透性，所以它能夠在機場、車站等地對隱藏的爆炸物、違禁品、武器、毒品等危險物品提供遠距離、大范圍的預(yù)警。

缺少的能夠產(chǎn)生高功率、高質(zhì)量、高效率的太赫茲波，且低成本并能在室溫下運轉(zhuǎn)的太赫茲源是目前面臨的主要問題。目前太赫茲波的產(chǎn)生方法主要有電子學(xué)方法和光子學(xué)方法。電子學(xué)方法是一般將電磁輻射的波長從毫米波延伸到太赫茲波段，也就相當于一個頻率變大的過程，但是當頻率大于1THz時會遇到很大的障礙，以至于效率變的很低，同時電子學(xué)方法產(chǎn)生的太赫茲波輻射源體積龐大，限制了其在很多領(lǐng)域中的應(yīng)用。而光子學(xué)方法其主要方向就是把可見光或者紅外光向太赫茲波段轉(zhuǎn)換。此方法的優(yōu)勢在于產(chǎn)生的太赫茲波輻射源具有很高的相干性和方向性，但是現(xiàn)階段產(chǎn)生的太赫茲波功率和效率都較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高能量太赫茲波參量振蕩器，用以解決現(xiàn)有太赫茲波功率低、效率低等問題。

本發(fā)明的目的是以下述方式實現(xiàn)的：

一種高能量太赫茲波參量振蕩器，包括泵浦源、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第P-1反射鏡、第P-2反射鏡、第P-3反射鏡……、第P-（N-1）反射鏡、第S-1反射鏡、第S-2反射鏡、第S-3反射鏡……、第S-（N-1）反射鏡、第一MgO:LiNbO₃晶體、第二MgO:LiNbO₃晶體、第三MgO:LiNbO₃晶體……、第N MgO:LiNbO₃晶體；

從泵浦源出射的泵浦光經(jīng)第一反射鏡反射后入射第一MgO:LiNbO₃晶體，經(jīng)光學(xué)參量效應(yīng)產(chǎn)生Stokes光和第一太赫茲波，Stokes光在由第二反射鏡和第三反射鏡組成的諧振腔中振蕩放大，第一太赫茲波從第一MgO:LiNbO₃晶體中垂直出射；

從第一MgO:LiNbO₃晶體出射的泵浦光經(jīng)第P-1反射鏡反射后入射第二MgO:LiNbO₃晶體，從第一MgO:LiNbO₃晶體出射的Stokes光經(jīng)第S-1反射鏡反射后入射第二MgO:LiNbO₃晶體；泵浦光和Stokes光在第二MgO:LiNbO₃晶體中經(jīng)光學(xué)參量效應(yīng)產(chǎn)生第二太赫茲波，同時Stokes光被放大；Stokes光在由第二反射鏡和第三反射鏡組成的諧振腔中振蕩放大，第二太赫茲波從第二MgO:LiNbO₃晶體中垂直出射；

從第二MgO:LiNbO₃晶體出射的泵浦光經(jīng)第P-2反射鏡反射后入射第三MgO:LiNbO₃晶體，從第二MgO:LiNbO₃晶體出射的Stokes光經(jīng)第S-2反射鏡反射后入射第三MgO:LiNbO₃晶體；泵浦光和Stokes光在第三MgO:LiNbO₃晶體中經(jīng)光學(xué)參量效應(yīng)產(chǎn)生第三太赫茲波，同時Stokes光被繼續(xù)放大；Stokes光在由第二反射鏡和第三反射鏡組成的諧振腔中振蕩放大，第三太赫茲波從第三MgO:LiNbO₃晶體中垂直出射；

如此繼續(xù)下去；

從第N-1MgO:LiNbO₃晶體出射的泵浦光經(jīng)第P-（N-1）反射鏡反射后入射第N MgO:LiNbO₃晶體，從第N-1MgO:LiNbO₃晶體出射的Stokes光經(jīng)第S-（N-1）反射鏡反射后入射第N MgO:LiNbO₃晶體；泵浦光和Stokes光在第N MgO:LiNbO₃晶體中經(jīng)光學(xué)參量效應(yīng)產(chǎn)生第N太赫茲波，同時Stokes光被繼續(xù)放大，第N太赫茲波從第N MgO:LiNbO₃晶體中垂直出射。

還包括泵浦光回收盒，從第N MgO:LiNbO₃晶體出射的泵浦光被泵浦光回收盒回收。

所述泵浦源為脈沖激光器，波長為1064nm，重復(fù)頻率為20Hz，單脈沖能量為200mJ，偏振方向為Z軸。

所述第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第P-1反射鏡、第P-2反射鏡、第P-3反射鏡……、第P-（N-1）反射鏡、第S-1反射鏡、第S-2反射鏡、第S-3反射鏡……、第S-（N-1）反射鏡均為平面鏡，第一反射鏡、第P-1反射鏡、第P-2反射鏡、第P-3反射鏡……、第P-（N-1）反射鏡角度可調(diào)，且對泵浦光全反射；第二反射鏡和第三反射鏡對Stokes光全反射，第S-1反射鏡、第S-2反射鏡、第S-3反射鏡……、第S-（N-1）反射鏡角度可調(diào)，且對Stokes光全反射。

所述第一MgO:LiNbO₃晶體、第二MgO:LiNbO₃晶體、第三MgO:LiNbO₃晶體……、第N MgO:LiNbO₃晶體是完全相同的，晶體在X-Y平面為等腰梯形，MgO摻雜濃度為5mol%，晶體的光軸沿Z軸。

所述第一MgO:LiNbO₃晶體、第二MgO:LiNbO₃晶體、第三MgO:LiNbO₃晶體……、第N MgO:LiNbO₃晶體的等腰梯形的兩條邊長度分別為10mm和18.7mm，晶體的腰邊長度為10mm，晶體沿Z軸的厚度為5mm。

本發(fā)明一種高能量太赫茲波參量振蕩器與現(xiàn)有的基于光學(xué)參量效應(yīng)的太赫茲輻射源相比，具有以下優(yōu)點：

（1）在本裝置中，在不考慮泵浦光損耗的情況下，N塊MgO:LiNbO₃晶體產(chǎn)生的Stokes功率是只有一塊MgO:LiNbO₃晶體產(chǎn)生的Stokes功率的N倍，而N塊MgO:LiNbO₃晶體可以同時產(chǎn)生N束太赫茲波，所以N塊MgO:LiNbO₃晶體產(chǎn)生的太赫茲波功率是只有一塊MgO:LiNbO₃晶體產(chǎn)生太赫茲波功率的N²倍。

（2）一束泵浦光可以泵浦多塊MgO:LiNbO₃晶體中，有效提高泵浦光利用效率。

（3）通過改變泵浦光和Stokes光之間的夾角，可以得到頻率調(diào)諧的太赫茲波，調(diào)諧方式簡單，操作靈活。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2是MgO:LiNbO₃晶體中泵浦光、Stokes光和太赫茲波相位匹配示意圖，圖中k_p、k_s、k_T分別為泵浦光、Stokes光、太赫茲波的波矢，θ角為pump光波矢k_p與Stokes光波矢k_s之間的夾角。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

如附圖1-2所示，一種高能量太赫茲波參量振蕩器，包括泵浦源1、第一反射鏡3、第二反射鏡4、第三反射鏡6、第P-1反射鏡P-1、第P-2反射鏡P-2、第P-3反射鏡P-3……、第P-（N-1）反射鏡P-（N-1）、第S-1反射鏡S-1、第S-2反射鏡S-2、第S-3反射鏡S-3……、第S-（N-1）反射鏡S-（N-1）、第一MgO:LiNbO₃晶體C-1、第二MgO:LiNbO₃晶體C-2、第三MgO:LiNbO₃晶體C-3……、第N MgO:LiNbO₃晶體C-N；

從泵浦源1出射的泵浦光2經(jīng)第一反射鏡3反射后入射第一MgO:LiNbO₃晶體C-1，經(jīng)光學(xué)參量效應(yīng)產(chǎn)生Stokes光5和第一太赫茲波T-1，Stokes光5在由第二反射鏡4和第三反射鏡6組成的諧振腔中振蕩放大，第一太赫茲波T-1從第一MgO:LiNbO₃晶體C-1中垂直出射；

從第一MgO:LiNbO₃晶體C-1出射的泵浦光2經(jīng)第P-1反射鏡P-1反射后入射第二MgO:LiNbO₃晶體C-2，從第一MgO:LiNbO₃晶體C-1出射的Stokes光5經(jīng)第S-1反射鏡S-1反射后入射第二MgO:LiNbO₃晶體C-2；泵浦光2和Stokes光5在第二MgO:LiNbO₃晶體C-2中經(jīng)光學(xué)參量效應(yīng)產(chǎn)生第二太赫茲波T-2，同時Stokes光5被放大；Stokes光5在由第二反射鏡4和第三反射鏡6組成的諧振腔中振蕩放大，第二太赫茲波T-2從第二MgO:LiNbO₃晶體C-2中垂直出射；

從第二MgO:LiNbO₃晶體C-2出射的泵浦光2經(jīng)第P-2反射鏡P-2反射后入射第三MgO:LiNbO₃晶體C-3，從第二MgO:LiNbO₃晶體C-2出射的Stokes光5經(jīng)第S-2反射鏡S-2反射后入射第三MgO:LiNbO₃晶體C-3；泵浦光2和Stokes光5在第三MgO:LiNbO₃晶體C-3中經(jīng)光學(xué)參量效應(yīng)產(chǎn)生第三太赫茲波T-3，同時Stokes光5被繼續(xù)放大；Stokes光5在由第二反射鏡4和第三反射鏡6組成的諧振腔中振蕩放大，第三太赫茲波T-3從第三MgO:LiNbO₃晶體C-3中垂直出射；

如此繼續(xù)下去；

從第N-1MgO:LiNbO₃晶體C-（N-1）出射的泵浦光2經(jīng)第P-（N-1）反射鏡P-（N-1）反射后入射第N MgO:LiNbO₃晶體C-N，從第N-1MgO:LiNbO₃晶體C-（N-1）出射的Stokes光5經(jīng)第S-（N-1）反射鏡S-（N-1）反射后入射第N MgO:LiNbO₃晶體C-N；泵浦光2和Stokes光5在第N MgO:LiNbO₃晶體C-N中經(jīng)光學(xué)參量效應(yīng)產(chǎn)生第N太赫茲波T-N，同時Stokes光5被繼續(xù)放大，第N太赫茲波T-N從第N MgO:LiNbO₃晶體C-N中垂直出射。

還包括泵浦光回收盒7，從第N MgO:LiNbO₃晶體C-N出射的泵浦光2被泵浦光回收盒7回收。

泵浦源1為脈沖激光器，波長為1064nm，重復(fù)頻率為20Hz，單脈沖能量為200mJ，偏振方向為Z軸。

如圖2所示，改變泵浦光2和Stokes光5之間的夾角θ，可以得到頻率調(diào)諧的第一太赫茲波T-1、第二太赫茲波T-2、第三太赫茲波T-3……、第N太赫茲波T-N。當θ角的范圍在0.3356°-1.4686°變化時，可以得到頻率范圍在0.8-3.2THz的太赫茲波，同時可以得到波長范圍在1067-1076.2nm的Stokes光5。在頻率調(diào)諧過程中，始終保證各晶體中泵浦光2和Stokes光5之間的夾角相等，從而可以保證第一太赫茲波T-1、第二太赫茲波T-2、第三太赫茲波T-3……、第N太赫茲波T-N是等同的。

第一反射鏡3、第二反射鏡4、第三反射鏡6、第P-1反射鏡P-1、第P-2反射鏡P-2、第P-3反射鏡P-3……、第P-（N-1）反射鏡P-（N-1）、第S-1反射鏡S-1、第S-2反射鏡S-2、第S-3反射鏡S-3……、第S-（N-1）反射鏡S-（N-1）均為平面鏡，第一反射鏡3、第P-1反射鏡P-1、第P-2反射鏡P-2、第P-3反射鏡P-3……、第P-（N-1）反射鏡P-（N-1）角度可調(diào)，且對泵浦光2全反射；第二反射鏡4和第三反射鏡6對Stokes光5全反射，第S-1反射鏡S-1、第S-2反射鏡S-2、第S-3反射鏡S-3……、第S-（N-1）反射鏡S-（N-1）角度可調(diào)，且對Stokes光5全反射。

第一MgO:LiNbO₃晶體C-1、第二MgO:LiNbO₃晶體C-2、第三MgO:LiNbO₃晶體C-3……、第N MgO:LiNbO₃晶體C-N是完全相同的，晶體在X-Y平面為等腰梯形，MgO摻雜濃度為5mol%，晶體的光軸沿Z軸。等腰梯形的兩條邊長度分別為10mm和18.7mm，晶體的腰邊長度為10mm，晶體沿Z軸的厚度為5mm。

本發(fā)明一種高能量太赫茲波參量振蕩器與現(xiàn)有的基于光學(xué)參量效應(yīng)的太赫茲輻射源相比，具有以下優(yōu)點：

（1）在本裝置中，在不考慮泵浦光損耗的情況下，N塊MgO:LiNbO₃晶體產(chǎn)生的Stokes功率是只有一塊MgO:LiNbO₃晶體產(chǎn)生的Stokes功率的N倍，而N塊MgO:LiNbO₃晶體可以同時產(chǎn)生N束太赫茲波，所以N塊MgO:LiNbO₃晶體產(chǎn)生的太赫茲波功率是只有一塊MgO:LiNbO₃晶體產(chǎn)生太赫茲波功率的N²倍。

（2）一束泵浦光可以泵浦多塊MgO:LiNbO₃晶體中，有效提高泵浦光利用效率。

（3）通過改變泵浦光和Stokes光之間的夾角，可以得到頻率調(diào)諧的太赫茲波，調(diào)諧方式簡單，操作靈活。

以上給出了具體的實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述基本方案，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，設(shè)計出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費創(chuàng)造性勞動。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。