基于光学方法的太赫兹辐射源(1)(8)

中国ｓｐｅｃｔｒＯｍｅｔｅｒ

图１１晶体切角耦合输出太赫兹辐射

Ｆｉｇ．１１

Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅａｎｇｌｅｓｕｒｆａｃｅｃｏｕｐｌｅｒｆｏｒ

ＴＨｚ—ｗａｖｅ

ｏｕｔｐｕｔ

始，以前人的工作为基础，又将此项技术进一步发展和创新，进行了比较系统的研究。他们研制出了结构紧凑、易于操作、相干性好、单频宽带可调谐，并可

在室温下稳定运转的全固态太赫兹波辐射源——太

赫兹波参量发生器／振荡器。他们利用Ｎｄ：ＹＡＧ激光器１０６４ｎｍ的输出抽运由ＬｉＮｂＯ。晶体构成的参量振荡器，利用在ＬｉＮｂＯ。晶体侧面刻光栅的方法

（Ｇｒａｔｉｎｇ

Ｃｏｕｐｌｅｒ—ＧＣ），来增加太赫兹波耦合效

率。在相同实验条件下，其耦合效率比使用在晶体输出端切角的方法高了２５０倍。在满足非共线相位匹配的条件下，通过小角度改变抽运光入射角，实现了１．０６８～１．０７２弘ｍ的闲频光振荡和可调谐纳秒级脉宽１～２．１４ＴＨｚ的太赫兹波输出，并具有较好的空问和时间相干性，输出功率达到毫瓦量级。但由于光栅耦合器的色散特性以及非共线相位匹配自身的特点，太赫兹输出辐射角在４０余度到８０余度变化，方向性较差［１８｜，如图１２所示。

为了改善太赫兹波的输出方向性，他们在晶体输出端加入硅棱镜作为太赫兹波的输出耦合器

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图１２光栅耦合输出太赫兹辐射

Ｆｉｇ．１２

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ＴＨｚ－ｗａｖｅ

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Ｃｏｕｐｌｅｒ—ＰＣ），如图１３所示。这样可以几

乎完全消除太赫兹波光束在全部波长调谐范围内的方向偏移，从晶体中出射的太赫兹波的方向基本上没有改变。而之所以选择高电导率硅，是因为它在太赫兹波区具有较大折射率（”一３．４）、低色散、吸收系数小（口一ｏ．６ｃｍ＿１）等特性。使用棱镜阵列（包含７个小棱镜）时耦合效率较单个棱镜提高６倍，远场光束直径减少了４０％ｕ引。

串ｔ，

图１３硅棱镜耦合输出太赫兹波

Ｆｉｇ．１３

ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅＳｉｐｒｉｓｍｃｏｕｐｌｅｒｆｏｒ

ＴＨ扩ｗａｖｅ

ｏｕｔｐｕｔ

为了提高太赫兹辐射的输出功率，他们将ＬｉＮｂＯ。晶体置于８０Ｋ的低温下，由于此时干扰参量相干互作用的热效应被抑制，Ａ，对称声子振动模的带宽变窄，太赫兹波在晶体中的损耗变小，从而提高了增益系数，得到了较高的太赫兹波输出功率，这个现象在太赫兹波高频区尤其明显。通过测量闲频光，可知当温度由２９７Ｋ降到７８Ｋ时，转换效率提高了８倍，太赫兹波在ＬｉＮｂＯ。晶体中的吸收系数减小了３倍，光参量振荡阈值减少了３２％，使太赫兹波的输出峰值功率达到了７．２ｍＷｒ４川。他们还用掺杂的ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ。晶体代替普通ＬｉＮｂＯ。晶体组成的太赫兹波参量振荡器。由于ＭｇＯ：ＬｉＮｂｏ。晶体具有高的光损伤阈值和高的非线性转换效率，而且掺杂可以使拉曼散射截面增加和声子模损耗减小，从而其输出功率比没掺杂的ＬｉＮｂＯ。晶体组成的太赫兹波参量振荡器高出５倍。ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ。与“ＮｂＯ。的色散曲线基本相同，所以由它们组成的太赫兹波参量发生器的角度调谐特性和太赫兹波输出范围基本相同（ｏ．９～３ＴＨｚ）。通过试用多种浓度掺杂的ＭｇＯ：ＬｉＮｂ０。，发现由掺杂摩尔浓度为５％的ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ。晶体组成的太赫兹波参量振荡器／太赫兹波参量发生器具有最大的输出功率和调谐范

围‘４８Ｉ。

太赫兹辐射能否窄线宽、高光束质量运转是衡