本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于超聲光柵移頻和循環(huán)移頻的寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，其包括激光器、環(huán)行器、光束分離器、基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)、光束合成器、光隔離器及帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器，所述激光器輸出的光經(jīng)過環(huán)行器后被光束分離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，光束合成器中將所述參考光和循環(huán)移頻光疊加后產(chǎn)生太赫茲頻率范圍內(nèi)的拍頻光，所述拍頻光經(jīng)光隔離器后再經(jīng)帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器接收并輻射出相干太赫茲波。本發(fā)明專利技術(shù)提供的發(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。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，特別涉及一種基于超聲光柵移頻、循環(huán)移頻和拍頻原理的寬帶調(diào)諧太赫茲波光源。
技術(shù)介紹
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，并不是因為它神秘而鮮為人知的電磁輻射，更主要是因為它具有很多獨特的性質(zhì)，正是這些獨特的性質(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，因此可以對非透明物體進(jìn)行透視成像，另外由于太赫茲的波長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)測中成像的理想光源。相比X射線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，所以不會發(fā)生電離反應(yīng)，即不會破壞化合物分子結(jié)構(gòu)，因此可以應(yīng)用到安檢和生物檢測等場所，這是太赫茲的安全性的體現(xiàn)，大量的分子，尤其是有機(jī)分子的振動和轉(zhuǎn)動的躍遷譜，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，目前國際上已有多個小組開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， N. J.Kim小組于2009年實現(xiàn)了基于雙波長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年實現(xiàn)了基于雙波長摻餌光纖激光 (Erbium-Doped Fiber Laser,EDFL)的可調(diào)諧微波信號輸出。在美國，Y. J. Ding小組于2010 年實現(xiàn)了基于雙波長差頻(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，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)鍵問題。在法國，法國科學(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。第一類是基于雙波長泵浦源研究和設(shè)計的可調(diào)諧相干太赫茲輻射；第二類是泵浦源波長固定，基于非線性級聯(lián)過程的IC0P0產(chǎn)生太赫茲波的研究和設(shè)計。第三類是基于PM的可調(diào)諧太赫茲輻射源。對于第一類而言，目前主要涉及基于DFB LDs、EDFLs、DF雙波長泵浦源的可調(diào)諧相干太赫茲輻射源研究和設(shè)計。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。對于第二類而言，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。對于第三類而言，目前最高調(diào)諧寬度為0.9THZ，顯然其調(diào)諧寬度較窄。總之，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。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種緊湊、便攜，易于集成，寬調(diào)諧且調(diào)諧效率高的寬帶調(diào)諧太赫茲發(fā)生器。解決本專利技術(shù)技術(shù)問題的技術(shù)方案是提供一種基于超聲光柵移頻和循環(huán)移頻的寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，其包括激光器、第一環(huán)行器、光束分離器、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、光隔離器及帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器，所述激光器輸出的光經(jīng)過第一環(huán)行器后被光束分離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)移頻光疊加后產(chǎn)生太赫茲頻率范圍內(nèi)的拍頻光，所述拍頻光經(jīng)光隔離器后再經(jīng)帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器接收并輻射出相干太赫茲波。進(jìn)一步地，所述激光器為工作波長在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。進(jìn)一步地，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，第二端口連接光束分離器，第三端口連接吸收負(fù)載，所述吸收負(fù)載吸收光束分離器的反射光。進(jìn)一步地，所述帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器為帶太赫茲輻射天線的基于外光電效應(yīng)的光電管單元、帶太赫茲輻射天線的基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電二極管單元、帶太赫茲輻射天線的基于光變電阻效應(yīng)的光電導(dǎo)單元或光電導(dǎo)天線單元。進(jìn)一步地，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。進(jìn)一步地，所述光束分離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，所述光束分離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。進(jìn)一步地，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。進(jìn)一步地，所述超聲光柵為透射超聲光柵，用于相位調(diào)制。進(jìn)一步地，所述第二環(huán)行器為三端口環(huán)行器，其第一端口接收來自L2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。進(jìn)一步地，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、光隔離器和帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器的工作頻率帶寬不小于輸出的太赫茲波的最高頻率。進(jìn)一步地，所述環(huán)行器、光束分離器、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、光隔離器和帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器的工作波段與激光器的工作波段一致。進(jìn)一步地，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。進(jìn)一步地本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
１．一種基于超聲光柵移頻和循環(huán)移頻的寬帶調(diào)諧太赫茲波發(fā)生器，其特征在于：其包括激光器（１）、環(huán)行器（２）、光束分離器（３）、基于超聲光柵移頻的循環(huán)移頻環(huán)節(jié)（４）、光束合成器（５）、光隔離器（６）及帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器（７），所述激光器（１）輸出的光經(jīng)過環(huán)行器（２）后被光束分離器（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，光束合成器（５）將所述參考光和循環(huán)移頻光疊加后產(chǎn)生太赫茲頻率范圍內(nèi)的拍頻光，所述拍頻光經(jīng)光隔離器（６）后再經(jīng)帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器（７）接收并輻射出相干太赫茲波。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：歐陽征標(biāo)，祁春超，
申請(專利權(quán))人：深圳大學(xué)，歐陽征標(biāo)，
類型：發(fā)明
國別省市：94
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