專利名稱：差頻太赫茲脈沖整形系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，是基于光學(xué)差頻過程對(duì)太赫茲波形進(jìn)行控制的 整形系統(tǒng)
背景技術(shù)：
目前，產(chǎn)生任意可控波形的太赫茲脈沖的方法主要有三種一、直接產(chǎn)生任意波形 的太赫茲脈沖，但到目前為止，還沒有任何一種裝置能夠根據(jù)需要產(chǎn)生任意的波形太赫茲 脈沖。二、根據(jù)所需太赫茲脈沖的波形來設(shè)計(jì)陣列形式的光導(dǎo)天線，根據(jù)波形控制的要求對(duì) 每個(gè)光導(dǎo)天線施加不同的偏壓以控制光導(dǎo)天線光電流的空間分布，這樣經(jīng)過疊加來控制所 產(chǎn)生的太赫茲輻射的波形，但是用這種辦法通常會(huì)造成較大的功率損失。三、光整流效應(yīng)的 太赫茲脈沖整形也就是首先對(duì)激發(fā)太赫茲輻射的光脈沖進(jìn)行整形，用整形后的光脈沖激發(fā) 太赫茲輻射。上述基于光電導(dǎo)天線和光整流效應(yīng)的太赫茲脈沖整形缺陷是雖然可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太 赫茲脈沖的波形和脈寬進(jìn)行調(diào)制，但無法對(duì)太赫茲脈沖的電場極化方向加以控制，無法滿 足化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程和太赫茲通訊對(duì)太赫茲的波形的要求。近年來隨著激光脈沖整形技術(shù)的發(fā)展，幾乎可以產(chǎn)生任意形狀的超短光脈沖序 列。所謂的激光脈沖整形技術(shù)是將飛秒激光器產(chǎn)生的超短激光脈沖經(jīng)過激光脈沖整形裝置 實(shí)現(xiàn)輸出激光脈沖波形和脈沖間隔的可編程控制。因此，用這種方法進(jìn)行太赫茲脈沖的整 形具有較大的靈活性。在目前發(fā)展起來的用光學(xué)方法產(chǎn)生寬頻帶太赫茲脈沖的方法中，無 論是光導(dǎo)天線還是光整流產(chǎn)生太赫茲輻射，太赫茲輻射的強(qiáng)度都正比于光電流對(duì)時(shí)間的二 階導(dǎo)數(shù)，因此，通過現(xiàn)有激光脈沖整形裝置控制激發(fā)脈沖的波形完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲脈 沖波形的控制，但是無法實(shí)現(xiàn)太赫茲電場極化方向的調(diào)制。因此，提供一種基于差頻的太赫 茲脈沖整形系統(tǒng)是欲待解決的技術(shù)問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為解決現(xiàn)有太赫茲脈沖整形裝置無法實(shí)現(xiàn)太赫茲電場極化方向調(diào)制 的技術(shù)問題，提供一種基于差頻的太赫茲脈沖整形系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的差頻太赫茲脈沖整形由以下元器件組成飛秒激 光器、起偏分束器、激光脈沖時(shí)空變換整形裝置、、/2波片、全反鏡、半透半反鏡、非線性晶 體、THz探測裝置和鎖相放大器，上述元器件的光路傳輸關(guān)系是從飛秒激光器中出射的激光脈沖經(jīng)過一個(gè)起偏分束器分成偏振的兩列激光，一列 作為泵浦光，一列作為探測光。泵浦光再經(jīng)過一個(gè)起偏分束器分成兩列，這兩列激光分別經(jīng) 過各自激光脈沖時(shí)空變換整形裝置進(jìn)行整形，將經(jīng)過整形后的兩列激光脈沖分別通過入/2 波片調(diào)整為偏振方向相互垂直；兩列整形偏振方向垂直的激光再通過一個(gè)起偏分束器合成 一列，會(huì)聚到非線性晶體中，通過差頻效應(yīng)產(chǎn)生太赫茲脈沖；探測激光經(jīng)過一個(gè)電控位移臺(tái) (也叫精密電儀臺(tái))實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲，入射到THz探測系統(tǒng)中探測太赫茲脈沖的波形。[0008]所述的激光脈沖時(shí)空變換整形裝置構(gòu)造是它包括兩個(gè)相同的光柵、兩個(gè)相同的 透鏡和一個(gè)可編程控制空間光調(diào)制器五個(gè)元器件，這五個(gè)元器件排放位置是第一光柵、第 一透鏡、可編程控制空間光調(diào)制器、第二透鏡和第二光柵，每個(gè)元件之間的間距都等于透鏡 的焦距f。下面通過太赫茲波形的調(diào)制原理來說明本實(shí)用新型的用途和優(yōu)勢兩列入射激光 分別經(jīng)過激光脈沖時(shí)空變換整形裝置，在變換整形裝置中控制出射的激光脈沖的波形和脈 沖間隔，通過控制激光脈沖波形控制太赫茲脈沖波形，控制兩列激光脈沖的偏振方向就可 以調(diào)整太赫茲脈沖電場的極化方向。本實(shí)用新型利用光學(xué)差頻過程產(chǎn)生太赫茲輻射，并對(duì) 太赫茲脈沖波形及脈沖間隔進(jìn)行調(diào)整的技術(shù)方案，不僅可以控制太赫茲脈沖的波形和脈沖 間隔，還可以控制太赫茲脈沖電場極化方向。這與用光電導(dǎo)天線或通過光整流過程對(duì)太赫 茲脈沖進(jìn)行整形的方案比具有明顯的優(yōu)勢。

圖1為激光脈沖時(shí)空變換整形裝置實(shí)施例示意圖；圖2為本實(shí)用新型太赫茲脈沖整形系統(tǒng)實(shí)施例示意圖；圖3為在<110>ZeTe晶體中的差頻示意圖。 圖中PBS_起偏分束器，BS-半透半反鏡，ZnTe-晶體。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體整形步驟對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明本實(shí)用新型的差頻太赫茲脈沖整形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，從圖中可以看出。從飛 秒激光器中出射的激光脈沖經(jīng)過第一起偏分束器PBS I分成偏振的兩列激光，一列作為泵 浦光，一列作為探測光。泵浦光再經(jīng)過第二個(gè)起偏分束器PBSII分成兩列，第一列泵浦光1 直接進(jìn)入激光脈沖時(shí)空變換整形裝置1，第二列泵浦光2經(jīng)全反鏡反射進(jìn)入激光脈沖時(shí)空 變換整形裝置2，兩列泵浦光分別在激光脈沖時(shí)空變換整形裝置1和2中通過可編程控制空 間光調(diào)制器產(chǎn)生任意形狀的激光脈沖，整形后的兩列激光脈沖分別通過X/2調(diào)整為偏振 方向相互垂直，再通過第三個(gè)起偏分束器PBSIII合成一列，經(jīng)過半透半反鏡BS分成兩列， 一列進(jìn)入鎖相放大器觀察入射激光的波形，另一列會(huì)聚到非線性晶體ZnTe中輸出太赫茲 脈沖；從第一起偏分束器PBS I分出的探測激光經(jīng)過一個(gè)電控位移臺(tái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲，入射 到太赫茲探測系統(tǒng)中探測太赫茲脈沖的波形。上述激光脈沖整形裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括依次設(shè)置的光柵I、鏡透I、可編 程控制空間光調(diào)制器、透鏡II和光柵II五個(gè)元件，每個(gè)元件之間的間距都等于透鏡的焦距
fo實(shí)施時(shí)，入射激光脈沖在光柵I發(fā)生色散，取-1級(jí)衍射，色散方程如下sin6^(A)-sin6>,=—— ⑴
d式中d為光柵常數(shù)，A為入射光波長，e ,，e d分別為入射角和衍射角。光柵衍射 的不同頻率成分經(jīng)過透鏡匯聚，在透鏡I的焦平面上使用液晶光調(diào)制器對(duì)光場的分布進(jìn)行 調(diào)制。調(diào)制后的光經(jīng)過透鏡II和光柵II后，不同的頻率成分被重新組合成新的時(shí)域脈沖序列，脈沖的波形與調(diào)制器的透過率函數(shù)有關(guān)。使用可編程液晶調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制可以實(shí)現(xiàn) 輸出激光脈沖波形和脈沖間隔的可編程控制。本實(shí)用新型的整形原理可以通過以下公式進(jìn)行分析。當(dāng)電場E在電光晶體中傳播時(shí)，二階電光張量x，二階非線性極化強(qiáng)度P的表達(dá)式 為 新產(chǎn)生的二階非線性極化振動(dòng)即是產(chǎn)生太赫茲輻射的源。式中我們假定二階電光 張量x與頻率無關(guān)。由(2)式可以看出，非線性極化強(qiáng)度Pi的方向取決于電場&相對(duì)于 電場Ek的方向(如圖3)，通過改變電場Ej相對(duì)于電場Ek的方向，即可以改變非線性極化強(qiáng) 度？1的方向。如果只用一束光入射，兩個(gè)互相垂直的電場分量相位完全相同，當(dāng)改變電場 Ej的方向時(shí)，電場Ek的方向隨之改變，(2)式中Edt)E*k(t)變?yōu)镋2(t)，即為光整流過程，所 產(chǎn)生的太赫茲輻射只與入射光的強(qiáng)度有關(guān)。如果要控制非線性極化強(qiáng)度Pi的方向，我們必 須使用兩束光入射，通過控制兩束光的波形和相位，即控制和Ek(t)控制極化強(qiáng)度Pi 的方向，從而控制所產(chǎn)生太赫茲脈沖的波形，也控制太赫茲輻射電場的方向。
權(quán)利要求一種差頻太赫茲脈沖整形系統(tǒng)，其特征在于，它是由以下元器件組成飛秒激光器、起偏分束器、激光脈沖時(shí)空變換整形裝置、λ/2波片、全反鏡、半透半反鏡、非線性晶體、THz探測裝置和鎖相放大器，上述元器件的光路傳輸關(guān)系是從飛秒激光器中出射的激光脈沖經(jīng)過一個(gè)起偏分束器分成偏振的兩列激光，一列作為泵浦光，一列作為探測光；泵浦光再經(jīng)過一個(gè)起偏分束器分成兩列，這兩列激光分別經(jīng)過各自激光脈沖時(shí)空變換整形裝置進(jìn)行整形，將經(jīng)過整形后的兩列激光脈沖分別通過λ/2波片調(diào)整為偏振方向相互垂直；兩列整形偏振方向垂直的激光再通過一個(gè)起偏分束器合成一列，會(huì)聚到非線性晶體中，通過差頻效應(yīng)產(chǎn)生太赫茲脈沖；探測光經(jīng)過一個(gè)電控位移臺(tái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲，入射到THz探測系統(tǒng)中探測太赫茲脈沖的波形；所述的激光脈沖時(shí)空變換整形裝置構(gòu)造是它包括兩個(gè)相同的光柵、兩個(gè)相同的透鏡和一個(gè)可編程控制空間光調(diào)制器五個(gè)元器件，這五個(gè)元器件排放位置是第一光柵、第一透鏡、可編程控制空間光調(diào)制器、第二透鏡和第二光柵，每個(gè)元器件之間的間距都等于透鏡的焦距f。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種差頻太赫茲脈沖整形系統(tǒng)，它是由以下元器件組成飛秒激光器、起偏分束器、激光脈沖時(shí)空變換整形裝置、λ/2波片、全反鏡、半透半反鏡、非線性晶體、THz探測裝置和鎖相放大器，通過控制出射的激光脈沖的波形和脈沖間隔，通過控制激光脈沖波形控制太赫茲脈沖波形，控制兩列激光脈沖的偏振方向就可以調(diào)整太赫茲脈沖電場的極化方向。本實(shí)用新型利用光學(xué)差頻過程產(chǎn)生太赫茲輻射，并對(duì)太赫茲脈沖波形及脈沖間隔進(jìn)行調(diào)整的技術(shù)方案，不僅可以控制太赫茲脈沖的波形和脈沖間隔，還可以控制太赫茲脈沖電場極化方向。
文檔編號(hào)H01S3/10GK201601382SQ20102011365
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月6日
發(fā)明者周薇, 徐世林, 李德華, 田有良 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)