專利名稱：一種基于雙光子糾纏的太赫茲波成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太赫茲波光電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙光子糾纏太赫茲波成像
>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
處于O.1-1OTHz ( ITHz=IO12Hz)范圍內(nèi)的電磁波——太赫茲波(THz波)，是一個(gè)非常具有科學(xué)研究價(jià)值的電磁波輻射。憑借其所處頻段特殊位置以及其低能性、高穿透性 等特性，太赫茲波技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用于各種基礎(chǔ)研究領(lǐng)域和應(yīng)用研究領(lǐng)域中。近年來，隨著THz波光電子技術(shù)迅速發(fā)展，THz波成像技術(shù)方面日新月異。目前，研究最為廣泛和深入的THz波成像技術(shù)是脈沖THz波時(shí)域光譜成像技術(shù)。它主要是通過對含有成像物體信息的THz波脈沖從時(shí)域到頻域的變換，就可獲得到它的強(qiáng)度和相位的空間分布信息，進(jìn)而可得到物體的THz波圖像，以及物體的空間密度分布、折射率等信息。然而，這種THz波成像系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，光路穩(wěn)定性較差，用來產(chǎn)生THz波的飛秒激光器價(jià)格昂貴。另一種常見的太赫茲波成像技術(shù)，是連續(xù)太赫茲波成像技術(shù)。這種太赫茲波成像系統(tǒng)通過記錄太赫茲波透過物體(或經(jīng)物體反射)后的強(qiáng)度信息來實(shí)現(xiàn)成像，因此與時(shí)域光譜成像系統(tǒng)相比，在成像數(shù)據(jù)采集和處理方式上較為簡單、迅速，成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也相對簡單。這種成像技術(shù)的主要缺點(diǎn)是圖像信息量少，在實(shí)驗(yàn)中太赫茲波在光路中的多次反射會(huì)發(fā)生相干疊加，導(dǎo)致圖像中可能存在干涉條紋。在上述兩種常見的THz波成像技術(shù)中，還都存在有如下不足(I)當(dāng)攜帶成像物體信息的THz波在空間傳輸時(shí)，很容易受到外界環(huán)境的隨機(jī)干擾，例如空氣流動(dòng)、濕度變化、煙塵等，成像效果必然會(huì)受到影響，抗干擾能力較差，這就限制了這些THz波成像技術(shù)在惡劣環(huán)境中的實(shí)際應(yīng)用；(2)由于常用的THz波輻射源的波長一般為百微米或毫米量級，因此根據(jù)瑞利衍射極限原理，成像分辨率一般也為相同數(shù)量級。雖然目前已將“近場成像技術(shù)”和“動(dòng)態(tài)孔徑”原理運(yùn)用到THz波成像技術(shù)中，但這大大增加了技術(shù)難度和成像光路的復(fù)雜程度；(3) THz波成像技術(shù)中通常所使用的THz波輻射源，例如基于飛秒激光器的脈沖THz波源、返波管、光泵THz波激光器等，有的價(jià)格昂貴，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用高，有的體積大、操作復(fù)雜，工作穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高，限制了其實(shí)用性發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、非定域式、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)的太赫茲波成像裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案第一種方案一種基于雙光子糾纏的太赫茲波成像裝置，其特征在于，包括泵浦光源、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)、分束鏡、兩個(gè)二分之一波片，兩個(gè)偏振分束器，三個(gè)MgO =LiNbO3晶體、三個(gè)反射鏡、成像透鏡、太赫茲波收集透鏡、兩個(gè)單光子探測器、符合測量裝置；其中泵浦光源出射的泵浦光經(jīng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)縮束后，被分束鏡分為透射和反射兩束泵浦光。透射的泵浦光通過第一二分之一波片和第一偏振分束器后，激勵(lì)第一 MgO =LiNbO3晶體產(chǎn)生具有糾纏性質(zhì)的太赫茲波光子和斯托克斯(Stokes)光子。太赫茲光子經(jīng)過硅棱鏡耦合輸出，斯托克斯光子從第一 MgO =LiNbO3晶體輸出面出射；在太赫茲光子傳輸路徑上放置成像透鏡、待成像物體、太赫茲收集透鏡，太赫茲光子會(huì)聚于第二 MgO =LiNbO3晶體長底面。經(jīng)分束鏡反射的泵浦光通過第二二分之一波片和第二偏振分束器，經(jīng)第一、第二反射鏡和反射后，垂直入射至第二 MgO =LiNbO3晶體的斜面。該泵浦光與太赫茲光子在第二 MgO =LiNbO3晶體中混頻，產(chǎn)生頻率上轉(zhuǎn)換光子，經(jīng)第三MgO LiNbO3晶體放大后，被第三反射鏡反射至第一單光子探測器，第一單光子探測器前加一窄帶濾波片。在斯托克斯光子傳輸路徑上，放置加有光纖的第二單光子探測器接收其光子，并可做空間成像掃描；第一和第二單光子探測器連接符合測量裝置。 所述第二 MgO =LiNbO3晶體為一等腰梯形晶體，長底面和兩個(gè)斜面光學(xué)拋光。所述泵浦光源首選電光調(diào)Q脈沖Nd: YAG激光器。所述成像透鏡由高密度白色聚乙烯或TPX材質(zhì)制成。所述符合測量裝置包括時(shí)幅轉(zhuǎn)換儀和多通道分析儀。第二種方案一種基于雙光子糾纏的太赫茲波成像裝置，其特征在于，包括泵浦光源、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)、分束鏡、兩個(gè)二分之一波片，兩個(gè)偏振分束器，三個(gè)MgO =LiNbO3晶體、三個(gè)反射鏡、成像透鏡、太赫茲波收集透鏡、兩個(gè)單光子探測器、符合測量裝置；其中泵浦光源出射的泵浦光經(jīng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)縮束后，被分束鏡分為透射和反射兩束泵浦光。透射的泵浦光通過第一二分之一波片和第一偏振分束器后，激勵(lì)第一 MgO =LiNbO3晶體產(chǎn)生具有糾纏性質(zhì)的太赫茲波光子和斯托克斯(Stokes)光子。太赫茲光子經(jīng)過硅棱鏡耦合輸出，斯托克斯光子從第一 MgO =LiNbO3晶體輸出面出射；在太赫茲光子傳輸路徑上放置待成像物體、太赫茲收集透鏡，太赫茲光子會(huì)聚于第二 MgO =LiNbO3晶體長底面。經(jīng)分束鏡反射的泵浦光經(jīng)第一、第二反射鏡和反射后，垂直入射至第二 MgO =LiNbO3晶體的斜面。該泵浦光與太赫茲光子在第二 MgO =LiNbO3晶體中混頻，產(chǎn)生頻率上轉(zhuǎn)換光子，經(jīng)第三MgO =LiNbO3晶體放大后，被第三反射鏡反射至第一單光子探測器，第一單光子探測器前加一窄帶濾波片。在斯托克斯光子傳輸路徑上，放置成像透鏡，以及加有光纖的第二單光子探測器接收其光子，并可做空間成像掃描。第一和第二單光子探測器連接符合測量裝置。所述成像透鏡由K9玻璃或BK7玻璃制成。所述第二 MgO =LiNbO3晶體為一等腰梯形晶體，長底面和兩個(gè)斜面光學(xué)拋光。所述泵浦光源首選電光調(diào)Q脈沖Nd: YAG激光器。所述符合測量裝置包括時(shí)幅轉(zhuǎn)換儀和多通道分析儀。本發(fā)明的基于雙光子糾纏太赫茲波成像裝置，具有操作靈活、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)、分辨率高、非定域式的等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于軍事偵察、遙感、生物醫(yī)學(xué)成像、安全反恐、多功能傳感器等領(lǐng)域，應(yīng)用前景巨大。與現(xiàn)有常見的太赫茲波成像技術(shù)相比，具有以下優(yōu)
占-
^ \\\ ·
( I)在這種太赫茲成像技術(shù)中，待成像物體放置于太赫茲光子傳輸?shù)墓饴分?，攜帶物體成像信息的太赫茲波光子，通過非線性頻率上轉(zhuǎn)換過程，轉(zhuǎn)換為與泵浦光波長相近的光子，被一固定的、不做空間分辨的單光子探測器全部接收，而在斯托克斯光子傳輸路徑中的單光子探測器做空間成像平面掃描，擔(dān)任空間分辨測量任務(wù)。這樣，就實(shí)現(xiàn)了物體與成像探測器的分離。也就是說，即使在太赫茲波光子傳輸?shù)墓饴分?，攜帶成像物體信息的光場受到外界環(huán)境的隨機(jī)干擾，仍可以在斯托克斯光子傳輸?shù)墓饴分蝎@得清晰的像。因此，這種非定域式的太赫茲成像技術(shù)可顯著提高太赫茲成像系統(tǒng)的抗干擾能力和成像靈活性。(2)在這種太赫茲成像技術(shù)中，成像的分辨率主要是由與泵浦光波長相近的斯托克斯光子的波長決定，而且斯托克斯光子的波長比太赫茲波光子的波長短兩到三個(gè)數(shù)量級，因此這種太赫茲成像的最大優(yōu)點(diǎn)就是具有較大的空間角分辨率和視場，這對提高太赫茲成像質(zhì)量意義顯著。(3)在這種太赫茲成像技術(shù)中，產(chǎn)生的THz-Stokes糾纏雙光子是基于MgO =LiNbO3晶體晶格振動(dòng)模自發(fā)電磁耦子散射過程產(chǎn)生的，其散射過程與前向拉曼散射過程相似(同時(shí)包含有二階和三階非線性效應(yīng))，因此對泵浦光波長的選擇要求不高，只要不被晶體吸收即可。而傳統(tǒng)的產(chǎn)生糾纏雙光子的方法，是基于雙折射相位匹配原理，利用非線性晶體(例如BBO晶體)的自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生(只包含二階非線性效應(yīng))，而且為滿足相位匹配條件，對泵浦光的波長的選擇較為苛刻。除此之外，基于雙折射相位匹配原理，常見的非線性晶體很難利用自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程實(shí)現(xiàn)太赫茲波的產(chǎn)生。(4)利用MgO =LiNbO3晶體的自發(fā)電磁耦子散射原理產(chǎn)生太赫茲波和斯托克斯光，它們的波矢方向(亦即傳播方向)夾角較大(約65°左右)，因此不需要任何光學(xué)器件將其分開。而傳統(tǒng)的利用非線性晶體(例如BBO晶體)自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生的糾纏雙光子，需要添加額外的光學(xué)元件(例如偏振分束器)將兩光束分開，增加了光路的復(fù)雜程度。


圖1是本發(fā)明的基于雙光子糾纏的太赫茲成像裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的基于雙光子糾纏的太赫茲成像裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是硅棱鏡切割方式示意圖。圖4是第二 MgO = LiNbO3晶體的切割方式示意圖。圖中的標(biāo)號分別表不，1、Nd YAG激光器,2、泵浦光,3、望遠(yuǎn)鏡縮束系統(tǒng),4、分束鏡，5、第一二分之一波片,6、第一偏振分束器,7、第一 MgO = LiNbO3晶體,8、娃棱鏡,9、太赫茲波光子，10、斯托克斯光子，11、成像透鏡，12、待成像物體，13、太赫茲收集透鏡，14、第二MgOiLiNbO3晶體,15、第二二分之一波片，16、第二偏振分束器,17、第一反射鏡，18、第二反射鏡，19、第三MgO: LiNbO3晶體，20、頻率上轉(zhuǎn)換光子，21、第三反射鏡，22、窄帶濾波片，23、第一單光子探測器，24、第二單光子計(jì)數(shù)器，25、符合測量裝置。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳述。
具體實(shí)施例方式需要說明的是，在以下的實(shí)施例中，泵浦光源是脈沖激光器，其波長不作限定，只要不為第一 MgO =LiNbO3晶體7吸收即滿足要求，首選電光調(diào)Q脈沖Nd = YAG激光器。
參見圖1，利用電光調(diào)Q脈沖Nd:YAG激光器I的基頻光(1064nm)輸出作為產(chǎn)生非簡并雙光子糾纏態(tài)的泵浦光源，其泵浦光2的偏振方向平行于第一 MgO = LiNbO3晶體7 (摻雜濃度為5%mol)的Z軸方向。利用望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)3將泵浦光光斑直徑縮束成2mm,通過一個(gè)中心波長為1064nm的分束鏡4將泵浦光分為透射泵浦光和反射泵浦光。透射的泵浦光通過第一二分之一波片5和第一偏振分束器6后,沿X軸方向垂直入射第一 MgO = LiNbO3晶體7，通過旋轉(zhuǎn)第一二分之一波片5控制入射進(jìn)第一 MgO = LiNbO3晶體7的泵浦光的能量，使其發(fā)生自發(fā)電磁耦子散射過程，產(chǎn)生非簡并雙光子糾纏的太赫茲波光子9和斯托克斯光光子10。透射的泵浦光盡量靠近第一 MgO = LiNbO3晶體7的用作太赫茲波光子輸出面的X-Z面，以縮短太赫茲波光子在晶體中的傳輸路徑。第一 MgO = LiNbO3晶體7切割方式及尺寸為6Omm (X軸)XlOmm (Y軸)X 5mm (Z軸)，對兩個(gè)Y-Z通光面進(jìn)行光學(xué)拋光，并鍍中心波長為1064nm的增透膜；第一 MgO = LiNbO3晶體7的X-Z面亦進(jìn)行光學(xué)拋光。由于在太赫茲波光子9和斯托克斯光光子10產(chǎn)生過程中，泵浦光、產(chǎn)生的斯托克斯光和太赫茲波三波的波矢滿足非共線相位匹配過程，且太赫茲波波矢與泵浦光波矢夾角較大(約65° )，因此產(chǎn)生的太赫茲波光子9將從第一 MgO = LiNbO3 晶體7的X-Z面處出射，同時(shí)產(chǎn)生的斯托克斯光光子10將從第一 MgO = LiNbO3晶體7的X-Y面處出射。為了避免太赫茲波光子9在晶體7中發(fā)生全反射，提高其輸出效率，利用高電阻率娃(>10ΚΩ ^nT1)制成的棱鏡8作為太赫茲波光子輸出稱合器。如圖3所不,娃棱鏡8斜面與底面的夾角為40°，棱鏡底面長度為20mm，厚度為5mm，其斜面和底面進(jìn)行光學(xué)拋光。將硅棱鏡8的底面緊貼于第一 MgO = LiNbO3晶體7用作太赫茲波光子出射的X-Z面。此時(shí)，太赫茲波光子9將基本垂直于娃棱8鏡斜面稱合輸出。在本實(shí)施例中，申請人根據(jù)成像透鏡11的放置情況，分為以下兩種組合第一種組合成像透鏡11置于太赫茲波光子9傳輸路徑中，如圖1所示。在太赫茲波光子9傳輸?shù)穆窂缴戏胖糜筛呙芏劝咨垡蚁┗騎PX材料制成的成像透鏡11(焦距為fi)，通過該成像透鏡11的太赫茲波光子照射在待成像物體12上。從硅棱鏡8到成像透鏡11距離為Z1，從成像透鏡11到待成像物體12的距離為Z2。攜帶物體信息的太赫茲波光子被一由高密度白色聚乙烯或TPX材料制成的太赫茲收集透鏡13所匯聚，在其焦點(diǎn)處放置第二 MgO = LiNbO3晶體(摻雜濃度為5%mol)。如圖4所示，第二 MgO = LiNbO3晶體為等腰梯形，底角為65°，兩個(gè)斜面和下底面均進(jìn)行光學(xué)拋光。兩個(gè)斜面鍍中心波長為1064nm的增透膜。太赫茲波光子從第二 MgO = LiNbO3晶體的長平行面正入射。從分束鏡4反射的泵浦光，通過第二二分之一波片15和第二偏振分束器16后，經(jīng)第一、第二反射鏡(17，18)反射后，垂直入射至第二MgO:LiNbO3晶體14的一個(gè)斜面。通過旋轉(zhuǎn)第二二分之一波片15，以控制入射至第二MgO = LiNbO3晶體14的泵浦光的能量。由于泵浦光在第二 MgO = LiNbO3晶體14中的全反射角約為28°，因此泵浦光將在其長平行面與空氣的界面上發(fā)生全反射。此時(shí)，太赫茲波光子與反射的泵浦光將在晶體內(nèi)相互耦合，基于非線性頻率上轉(zhuǎn)換原理，差頻產(chǎn)生頻率上轉(zhuǎn)換光子20。為了增強(qiáng)頻率上轉(zhuǎn)換光子20與泵浦光的非線性耦合作用，用第三MgO: LiNbO3晶體19(切割方式、尺寸及加工方式與第一 MgO: LiNbO3晶體7相同，摻雜濃度相同)對頻率上轉(zhuǎn)換光子20進(jìn)行參量放大。第三MgO = LiNbO3晶體19的通光面都鍍1064nm增透膜。由于此耦合作用滿足非共線相位匹配過程，泵浦光與頻率上轉(zhuǎn)換光束20從第三MgO = LiNbO3晶體19出射后，在空間傳輸一段距離后此兩束光會(huì)空間分離。利用第三反射鏡21將產(chǎn)生的頻率上轉(zhuǎn)換光光子20反射至第一單光子探測器23中。在第一單光子探測器23前加一窄帶濾波片22，用以濾除雜散光。在第一 MgO: LiNbO3晶體7產(chǎn)生的斯托克斯光光子10傳輸路徑上放置一加有光纖尾纖的第二單光子探測器24，該第二單光子探測器可做平面成像掃描。從第一 MgO = LiNbO3晶體7的斯托克斯光子輸出面到第二單光子探測器24掃描平面的距離為Z3。第一單光子探測器23和第二單光子探測器24的信號進(jìn)入由時(shí)幅轉(zhuǎn)換儀和多通道分析儀組成的符合測量裝置25，并用電腦進(jìn)行成像數(shù)據(jù)采集。當(dāng)滿足如下成像公式時(shí) 便可獲得清晰的像。第二種組合成像透鏡置11于斯托克斯光子10的傳輸路徑中，如圖2所示。從硅棱鏡8輸出的太赫茲波光子9直接照射待成像物體12，攜帶成像物體信息的太赫茲波光子被與第一種情況一樣的探測裝置接收。此時(shí)，定義從硅棱鏡8到待成像物體12的距離為Z4。 在斯托克斯光子10傳輸?shù)穆窂街蟹胖贸上裢哥R11 (焦距為f2)，此時(shí)該成像透鏡11由K9玻璃或BK7玻璃制成，表面鍍中心波長為1070nm增透膜。在成像透鏡11后放置一加有光纖尾纖的第二單光子探測器24，該第二單光子探測器可做平面成像掃描。從第一MgOiLiNbO3晶體7的斯托克斯光子輸出面到成像透鏡11的距離為Z5，成像透鏡11到第二單光子探測器24掃描平面的距離為Z6。第一單光子探測器23和第二單光子探測器24的信號進(jìn)入由時(shí)幅轉(zhuǎn)換儀和多通道分析儀組成的符合測量裝置25，并用電腦進(jìn)行成像數(shù)據(jù)采集。當(dāng)滿足如下成像公式時(shí)
I I I-+ —=—
Z4 + Z5 Z6 f2便可獲得清晰的像。需要說明的是，上述以實(shí)施例是本發(fā)明的優(yōu)選方式，應(yīng)當(dāng)理解為通過上述實(shí)施例用于本領(lǐng)域的技術(shù)人員更進(jìn)一步的理解本發(fā)明，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在上述實(shí)施例給出的技術(shù)方案基礎(chǔ)上，所作出的添加和等效替換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于雙光子糾纏的太赫茲成像裝置，其特征在于，包括泵浦光源(I)、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(3)、分束鏡(4)、兩個(gè)二分之一波片(5，15)，兩個(gè)偏振分束器(6，16)，三個(gè)MgO =LiNbO3晶體(7，14，19)、三個(gè)反射鏡(17，18，21)、成像透鏡(11)、太赫茲波收集透鏡(13)、兩個(gè)單光子探測器(23，24)、符合測量裝置(25);其中所述泵浦光源(I)出射的泵浦光經(jīng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(3)縮束后，被分束鏡(4)分為透射和反射兩束泵浦光；透射的泵浦光通過第一二分之一波片(5 )和第一偏振分束器(6 )后，激勵(lì)第一 MgO =LiNbO3晶體(7)產(chǎn)生具有糾纏性質(zhì)的太赫茲波光子(9)和斯托克斯光子(10);太赫茲光子(9)經(jīng)過娃棱鏡(8) I禹合輸出，斯托克斯光子(9)從第一 MgO =LiNbO3晶體(7)輸出面出射；在太赫茲光子(9)傳輸路徑上放置成像透鏡(11)、待成像物體(12)、太赫茲收集透鏡 (13);太赫茲光子(9)會(huì)聚于第二 MgO =LiNbO3晶體(14)長底面；經(jīng)分束鏡(4)反射的泵浦光通過第二二分之一波片(15)和第二偏振分束器(16),經(jīng)第一反射鏡(17)和第二反射鏡(18)反射后，垂直入射至第二 MgO =LiNbO3晶體(14)的斜面；其中，該泵浦光與太赫茲光子在第MgO =LiNbO3晶體(14)中混頻，產(chǎn)生頻率上轉(zhuǎn)換光子(20)，經(jīng)第三MgO =LiNbO3晶體(19) 放大后，被第三反射鏡(21)反射至第一單光子探測器(23)，第一單光子探測器前加一窄帶濾波片(22)；在斯托克斯光子(10)傳輸路徑上，放置加有光纖的第二單光子探測器(24)接收其光子，并可做空間成像掃描，第一單光子探測器(23)和第二單光子探測器(24)連接符合測量裝置(25)。
2.一種基于雙光子糾纏的太赫茲成像裝置，其特征在于，包括泵浦光源(I)、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(3 )、分束鏡(4 )、兩個(gè)二分之一波片(5，15 )，兩個(gè)偏振分束器(6，16 )，三個(gè)MgO :LiNbO3晶體(7，14，19)、三個(gè)反射鏡(17，18，21)、成像透鏡(11)、太赫茲波收集透鏡(13)、兩個(gè)單光子探測器(23，24)、符合測量裝置(25);其中所述泵浦光源(I)出射的泵浦光經(jīng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(3)縮束后，被分束鏡(4)分為透射和反射兩束泵浦光；透射的泵浦光通過第一二分之一波片(5 )和第一偏振分束器(6 )后，激勵(lì)第一MgO =LiNbO3晶體(7)產(chǎn)生具有糾纏性質(zhì)的太赫茲波光子(9)和斯托克斯光子(10);太赫茲光子(9)經(jīng)過娃棱鏡(8) I禹合輸出，斯托克斯光子(9)從第一 MgO =LiNbO3晶體(7)輸出面出射；在太赫茲光子傳輸路徑上放置待成像物體(12)、太赫茲收集透鏡(13)，太赫茲光子會(huì)聚于第MgO =LiNbO3晶體(14)長底面；經(jīng)分束鏡(4)反射的泵浦光經(jīng)第一反射鏡(17)和第二反射鏡(18)反射后，垂直入射至第MgO =LiNbO3晶體(14)的斜面；該泵浦光與太赫茲光子在第二 MgO =LiNbO3晶體(14)中混頻，產(chǎn)生頻率上轉(zhuǎn)換光子(20)，經(jīng)第三MgO =LiNbO3晶體(19 )放大后，被第三反射鏡(21)反射至第一單光子探測器(23 )，第一單光子探測器(23 ) 前加一窄帶濾波片(22)；在斯托克斯光子傳輸路徑上，放置成像透鏡(11)，以及加有光纖的第二單光子探測器 (24)接收其光子，并可做空間成像掃描，第一和第二單光子探測器(23)和(24)連接符合測量裝置(25)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于雙光子糾纏的太赫茲成像裝置，其特征在于，所述的泵浦光源(I)是脈沖激光器，其波長不作限定，只要不為第一 MgO =LiNbO3晶體(7)吸收即滿足要求。
4.如權(quán)利要求3所述的基于雙光子糾纏的太赫茲成像裝置，其特征在于，所述的泵浦光源(I)選擇電光調(diào)Q脈沖Nd: YAG激光器。
5.如權(quán)利要求1或2所述的基于雙光子糾纏的太赫茲成像裝置，其特征在于，所述第一 MgO =LiNbO3晶體(7)和第二 MgO =LiNbO3晶體(14)的切割方式為(X-Y-Z)。
6.如權(quán)利要求1所述的基于雙光子糾纏的太赫茲成像裝置，其特征在于，所述成像透鏡(11)是由高密度白色聚乙烯或TPX材質(zhì)制成。
7.如權(quán)利要求2所述的基于雙光子糾纏的太赫茲成像裝置，其特征在于，所述成像透鏡(11)是由Κ9玻璃或ΒΚ7玻璃制成。
8.如權(quán)利要求1或2所述的種基于雙光子糾纏的太赫茲成像裝置，其特征在于，所述第二MgO =LiNbO3晶體(14)為一等腰梯形晶體，長底面和兩個(gè)斜面光學(xué)拋光。
9.如權(quán)利要求1或2所述的基于雙光子糾纏的太赫茲成像裝置，其特征在于，所述硅棱鏡(8)置于第一 MgO =LiNbO3晶體(7)的X-Z面上，且底角切割角度為40°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙光子糾纏的太赫茲波成像裝置，包括泵浦光源，望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，分束鏡，兩個(gè)二分之一波片，兩個(gè)偏振分束器，三個(gè)MgOLiNbO3晶體，三個(gè)反射鏡，成像透鏡，太赫茲波收集透鏡，兩個(gè)單光子探測器以及符合測量裝置。從泵浦光源出射的泵浦光經(jīng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)縮束后，被分束鏡分為透射和反射兩束泵浦光。透射的泵浦光通過第一二分之一波片和第一偏振分束器后，激勵(lì)第一MgOLiNbO3晶體產(chǎn)生具有糾纏性質(zhì)的太赫茲波光子和斯托克斯(Stokes)光子。太赫茲光子經(jīng)過硅棱鏡耦合輸出，斯托克斯光子從第一MgOLiNbO3晶體輸出面出射。具有操作靈活、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)、分辨率高、非定域式的等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N21/17GK102998260SQ20121054859
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者孫博, 白晉濤, 任兆玉 申請人:西北大學(xué)