一種頻率連續可調的窄線寬太赫茲光源及光譜儀、成像儀制造技術

本發明專利技術提供一種頻率連續可調的窄線寬太赫茲光源，包括：用于太赫茲波產生的泵浦光；用于衍射泵浦光的閃耀光柵；經過閃耀光柵產生的一級衍射光；具有周期性空間或相位調制的光學掩膜板，用于將一級衍射光進行相位或空間調制；連續變焦鏡頭，用于對調制的一級衍射光進行光束變換；光束變換后的光束；用于太赫茲波產生的非線性晶體；以及利用此太赫茲源的太赫茲時域光譜儀和太赫茲成像儀。本發明專利技術通過改變變焦鏡頭的焦距，可以獲得頻率連續可調的窄線寬的太赫茲波，提高光譜儀的信噪比和成像儀的分辨率。

A narrow linewidth terahertz light source with continuously adjustable frequency and spectrometer and imager

The present invention provides a narrow linewidth terahertz source, adjustable frequency which is used for pumping THz; for diffraction grating pump; the first-order diffraction light generated by blazed grating; optical periodic space or phase modulation mask for the first-order diffraction phase or spatial modulation; continuous zoom lens, used for modulation of the first-order diffraction light beam transform; beam transformation; nonlinear crystal for terahertz wave generated; and the use of the terahertz terahertz time-domain spectroscopy instrument and terahertz imaging instrument. By changing the focal length of the zoom lens, the terahertz wave with narrow linewidth can be continuously adjusted to improve the signal to noise ratio of the spectrometer and the resolution of the imager.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光學和光電子學領域，特別涉及一種頻率連續可調的太赫茲光源、太赫茲時域光譜儀和太赫茲成像儀。技術背景：太赫茲時域光譜儀和太赫茲成像系統是當前研究的熱點。強的太赫茲光源是限制太赫茲技術進一步發展的瓶頸。現在常用的太赫茲產生方法包括光整流、光電導天線、空氣等離子體、量子級聯激光器等。這些方法產生的太赫茲波具有較寬的頻譜范圍，所以在特定的頻率處能量很低，不能夠滿足高精度光譜探測和高分辨率太赫茲成像的要求。
技術實現思路
為了克服現有技術的缺陷，本專利技術提供一種太赫茲光源，這種光源可以產生強度很高的窄線寬太赫茲波，產生的太赫茲波可以通過調節變焦鏡頭的焦距，從而覆蓋一個比較寬的頻率范圍，在太赫茲光譜、太赫茲成像中具有重要的應用。一種頻率連續可調的太赫茲光源，其特征在于，該太赫茲光源包括：泵浦光，與所述泵浦光對應的閃耀光柵，用于衍射泵浦光產生一級衍射光；具有周期性空間或相位調制的光學掩膜板，用于將一級衍射光進行相位或空間調制；連續變焦鏡頭，用于對調制的一級衍射光進行光束變換；非線性晶體，用于產生太赫茲波；泵浦光按照閃耀光柵的入射角入射；沿閃耀光柵的一級衍射光出射光線方向依次放置光學掩膜板、變焦鏡頭、非線性晶體。所述的泵浦光為超短的脈沖激光；其波長可以是400nm-2000nm之間的任意波長；其脈沖長度是30fs-50ps之間的任意長度；其重復頻率是任意的；所述的閃耀光柵的光柵密度為100/mm-2000/mm之間；進一步，其閃耀角根據泵浦光波長和入射角度專門設計；所述的光學掩膜板，其為光學玻璃，對泵浦光的透過率大于90％；其入射面鍍有周期性的光學相位或空間調制模版；所述的周期在30μm-500μm之間；所述的變焦鏡頭，鍍有對泵浦光的增透膜；其變焦范圍在1×—20×之間；所述的光束變換后的光束，相對與光束變換之前，其只是光斑大小發生變化，仍然是準直的；所述的非線性晶體，其為鈮酸鋰、鉭酸鋰、磷酸鈦氧鉀等；其輸入的所述的調制的一級衍射光和輸出的太赫茲波成一定的夾角；所述的非線性晶體，為0.1-10mol％MgO摻雜的同成分鈮酸鋰晶體，優選1-5mol％MgO摻雜的同成分鈮酸鋰晶體。一種太赫茲時域光譜儀，包括，本專利技術所述的頻率可調的太赫茲光源；太赫茲波整形系統；樣品倉；太赫茲波探測系統；以及軟件。太赫茲光源入射到太赫茲波整形系統中，通過整形聚焦到樣品倉中心；樣品倉中心放置測試樣品；經過樣品倉投射或反射的太赫茲波入射到太赫茲波探測系統；通過軟件來控制太赫茲波的入射和探測。一種太赫茲成像儀，包括：本專利技術所述的頻率可調的太赫茲光源或如所述的頻率可調的太赫茲光源陣列；光學系統；樣品倉；太赫茲探測系統；成像分析系統；以及顯示器。太赫茲光源陣列經過光學系統變換得到準直的太赫茲波，準直的太赫茲波經過樣品倉入射到太赫茲波探測系統；成像分析系統采集太赫茲探測系統的信號，并將其呈現在顯示器上。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖做簡單地介紹。圖1是根據本專利技術實施例的太赫茲光源的結構示意圖；圖2是本專利技術實施例1中光學掩膜板的結構示意圖；圖3是本專利技術實施例2中光學掩膜板的結構示意圖；附圖標記說明：1是泵浦光；2是閃耀光柵；3是一級衍射光；4是光學掩膜板；5是調制后的一級衍射光；6是變焦鏡頭；7是變換后的一級衍射光；8是非線性晶體；9是輸出的太赫茲波；20是光學掩膜板基底；21是掩膜板中的不透光區域；22是掩膜板中的透光區域；30是光學掩膜板基底；31是掩膜板中沒有相位延遲的區域；32是在掩膜板表面做的相位延遲區域；具體實施方式：下面結合附圖和實施例對本專利技術對進一步詳細描述。以下實施例用于說明本專利技術，但不能用來限制本專利技術的范圍。在圖1中給出了本專利技術的頻率可調的太赫茲光源的典型結構示意圖。如圖1所示，該太赫茲光源包括幾個部分：泵浦光1；閃耀光柵2；一級衍射光3；光學掩膜板4；調制后的一級衍射光5；變焦鏡頭6；變換后的一級衍射光7；非線性晶體8；輸出的太赫茲波9。下面對該太赫茲光源的上述部件的結構、功能和實現分別加以說明。泵浦光1是短脈沖的激光，根據光整流效應的需求，其波長λ、脈沖長度τ、重復頻率fL等可以是多種可能。泵浦光以θin入射到閃耀光柵2的表面，并且以θout出射出第一級衍射光3。入射角θin、出射角θout、閃耀光柵2的閃耀角γ、泵浦光1的波長λ、閃耀光柵2的最小刻線距離a之間存在如下關系：θin-θout＝2γasin(-2γ)＝λ出射的第一級衍射光3經過光學掩膜板4后，形成空間或者相位周期性調制的調制光5。所述的空間調制，光學掩膜板4中的掩膜周期成周期性的光透過或者不通過，亦即光形成了空間上的周期性亮暗相間的光斑；所述的相位調制，即光按照光學掩膜板4中的掩膜周期成周期性的相位延遲。調制光5經過變焦鏡頭6的變換之后，其變換后的光束7也是空間或者相位周期性調制的，只是其調制周期發生了變化。變換后的光束7入射到非線性晶體8后，由于光整流的作用，出射出太赫茲波9。太赫茲波9的頻率fTHz可以用下式計算得到：其中Λ為光學掩膜板4中對應的光學掩膜周期，α是變焦鏡頭6的縮放系數，nTHz為非線性晶體8在太赫茲波處的折射率，ng為非線性晶體8在泵浦光1處的折射率，c為真空中的光速。由上式可以看出，對于特定的周期Λ，改變變焦鏡頭6的焦距，其對應的太赫茲波頻率可以在α1f—α2f之間連續變化；其中α1、α2分別為變焦鏡頭6的最小縮放比例和最大縮放比例，即：改變變焦鏡頭6的焦距，就可以得到高強度的、窄線寬的、頻率連續可調的太赫茲光源，將在太赫茲光譜、太赫茲成像中具有重要的應用。實施例1：作為本專利技術的一個實施例，如圖1所示，下面對該太赫茲光源中的上述部件的結構、功能和實現分別加以說明。該實施例中，泵浦光1是波長為800nm、脈沖長度為50fs、重復頻率為1KHz、平均功率為5W的鈦寶石激光器；閃耀光柵2的大小為12.7mm×12.7mm×6mm，刻線密度為1200/mm，閃耀角度為26°14’；泵浦光1經過閃耀光柵后出射出第一級衍射光3。光學掩膜板4中有周期為200μm的空間調制掩膜，如圖2所示。光學鏡頭6的可以在2×—5×之間連續變換，計算得到可以獲得的太赫茲波9的波長的變化范圍為：0.648THz—1.62THz；其強度可達100KV/m光學晶體8為5mol％MgO摻雜的同成分鈮酸鋰晶體，入射面與太赫茲出射面的夾角為62°。實施例2：作為本專利技術的另外一個實施例，泵浦光1是波長為1550nm、脈沖長度為100fs、重復頻率為1KHz、平均功率為2W的光纖激光器；閃耀光柵2的大小為25mm×25mm×6mm，刻線密度為600/mm，閃耀角度為28°41’；泵浦光1經過閃耀光柵后出射出第一級衍射光3。光學掩膜板4中有周期為250μm的相位調制掩膜，如圖3所示。光學鏡頭6的可以在0.6×—15×之間連續變換，計算得到可以獲得的太赫茲波9的波長的變化范圍為：0.154THz—3.84THz；其強度可達0.1MV/m光學晶體為1mol％MgO摻雜的近化學計量比鈮酸鋰晶體，入射面與太赫茲出射面的夾角為62°。實施例3根據本專利技術另一個實施例，提供一種太赫茲光譜儀，該光譜儀包括上述圖1所述本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種頻率連續可調的太赫茲光源，其特征在于，該太赫茲光源包括：泵浦光，與所述泵浦光對應的閃耀光柵，用于衍射泵浦光產生一級衍射光；具有周期性空間或相位調制的光學掩膜板，用于將一級衍射光進行相位或空間調制；連續變焦鏡頭，用于對調制的一級衍射光進行光束變換；非線性晶體，用于產生太赫茲波；

【技術特征摘要】
1.一種頻率連續可調的太赫茲光源，其特征在于，該太赫茲光源包括：泵浦光，與所述泵浦光對應的閃耀光柵，用于衍射泵浦光產生一級衍射光；具有周期性空間或相位調制的光學掩膜板，用于將一級衍射光進行相位或空間調制；連續變焦鏡頭，用于對調制的一級衍射光進行光束變換；非線性晶體，用于產生太赫茲波；2.如權利要求書1所述的頻率連續可調的太赫茲光源，其特征在于，泵浦光按照閃耀光柵的入射角入射；沿閃耀光柵的一級衍射光出射光線方向依次放置光學掩膜板、變焦鏡頭、非線性晶體。3.如權利要求書1或2所述的頻率連續可調的太赫茲光源，其特征在于，所述的泵浦光為超短的脈沖激光；進一步，其波長可以是400nm-2000nm之間的任意波長；其脈沖長度是30fs-50ps之間的任意長度；其重復頻率是任意的。4.如權利要求1或2所述的頻率連續可調的太赫茲光源，其特征在于，所述的閃耀光柵的光柵密度為100/mm-2000/mm之間；進一步，其閃耀角根據泵浦光波長和入射角度專門設計。5.如權利要求1或2所述的頻率連續可調的太赫茲光源，其特征在于，所述的光學掩...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王東周，張新海，
申請(專利權)人：深圳市鵬星光電科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44