循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器

摘要

本发明提供了一种循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其包括激光器、第一环行器、光束分离器、基于多普勒频率调制器移频的循环移频环节、第一光束合成器、光隔离器、非线性元件和太赫兹滤波片，所述激光器输出的光经过第一环行器后被光束分离器分为第一路和第二路，第一路为参考光，第二路输入到所述循环移频环节后产生循环移频光，第一光束合成器将所述参考光和循环移频光合束后经光隔离器在非线性元件中进行差频，然后经过太赫兹滤波片滤波辐射出相干太赫兹波。本发明提供的装置体积小，光学元件少因而易集成，调谐范围大，调谐效率高，太赫兹产生效率高。

主权项

一种循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其特征在于：其包括激光器（1）、第一环行器（2）、光分束器（3）、基于多普勒频率调制器移频的循环移频环节（4）、第一光束合成器(5)、光隔离器（6）及非线性元件（7）和太赫兹滤波片（8），所述激光器（1）输出的光经过第一环行器（2)后被光分束器（3）分为第一路和第二路，第一路为参考光，第二路输入到所述循环移频环节（4）后产生循环移频光，第一光束合成器(5)将所述参考光和循环移频光合束后经光隔离器（6）在非线性元件（7）中进行差频，然后经过太赫兹滤波片（8）滤波辐射出相干太赫兹波；所述基于多普勒频率调制器移频的循环移频环节（4）包括第二光束合成器(41)、多普勒频率调制器（42）、平面反光镜（43）、第二环行器(44)、第一反馈式布喇格光栅（45）、可调谐滤波器（46）、第一光放大器（47）和光幅度衰减器（48），所述第一光放大器（47）和光幅度衰减器（48）组成增益可调的光放大器；所述可调谐滤波器（46）为窄带滤波器，其允许一频率可调的窄带光输出到第一光束合成器（5）的输入端，而将其它频率的光反射到第一光放大器（47）的输入端，所述可调谐滤波器（46）的窄带输出光的频率与所述激光器（1）的输出光的频率之差等于所需要的太赫兹波的频率，输出的太赫兹波的频率调节范围不大于可调谐滤波器（46）的窄带输出光的频率调谐范围。2、按照权利要求1所述的循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其特征在于：所述激光器（1）为工作波长在600nm‑2000nm波段内的半导体激光器、气体激光器、固体激光器或光纤激光器。3、按照权利要求1所述的循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其特征在于：所述第一环行器(2)为三端口环行器，其第一端口连接激光器（1），第二端口连接光分束器（3），第三端口连接吸收负载，所述吸收负载吸收光分束器（3）的反射光。4、按照权利要求1所述的循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其特征在于：所述非线性元件（7）为非线性材料和线性材料交替排列的周期结构，或由非线性材料和线性材料交替排列构成的光学超晶格结构，或由非线性材料和线性材料排列构成的斐波纳契（Fibonacci）结构，它满足系统的太赫兹输出波频率调谐范围所对应的非线性差频过程所要求的相位匹配条件范围。5、按照权利要求1所述的循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其特征在于：所述太赫兹滤波片（8）为太赫兹带通透射式滤波器或太赫兹带阻反射式滤波器；对于带通透射式滤波器，透射波输出为太赫兹波，其它波长的波会被该滤波器反射；对于带阻反射式滤波器，反射波输出为太赫兹波，其它波长的波会透过该滤波器。6、按照权利要求1所述的循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其特征在于：所述基于多普勒频率调制器移频的循环移频环节（4）的闭环增益系数的最佳值为1，次佳值为1以外的其它正整数值，再次佳值为1以外的其它正整数的倒数值。7、按照权利要求1所述的循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其特征在于：所述光分束器（3）的分光比最佳值为1，次佳值为1以外的其它正整数的倒数值，再次佳值为1以外的其它正整数值，所述光分束器（3）的分光比为参考光功率除以基于多普勒频率调制器移频的循环移频环节（4）的输入光功率。8、按照权利要求1所述的循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其特征在于：所述多普勒频率调制器（42）包括一振镜，所述振镜的机械振动由电磁铁驱动，或由压电陶瓷驱动，或由高频振动电机驱动。9、按照权利要求1所述的循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其特征在于：所述第二环行器(44)为三端口环行器，其第一端口接收平面反射镜（43）的反射光，第二端口连接第一反馈式布喇格光栅（45），第三端口连接吸收负载，所述吸收负载吸收第一反馈式布喇格光栅（45）的反射光。10、按照权利要求1所述的循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其特征在于：所述基于多普勒频率调制器移频的循环移频环节（4）中各部件、第一光束合成器(5)、光隔离器（6）的工作频率带宽不小于输出的太赫兹波的最高频率。11、按照权利要求1所述的循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其特征在于：所述第一环行器（2）、光分束器（3）、基于多普勒频率调制器移频的循环移频环节（4）中各部件、第一光束合成器(5)、光隔离器（6）的工作波段与激光器（1）的工作波段一致。12、按照权利要求1所述的循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其特征在于：所述可调谐滤波器（46）为带缺陷层的一维光子晶体可调谐滤波器或布喇格光栅‑全反射镜组合体。13、按照权利要求12所述的循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其特征在于：所述一维光子晶体的光子禁带区不小于系统输出的太赫兹波的频率调谐范围，所述一维光子晶体包含一层折射率可调缺陷层，所述缺陷层的折射率的调节方式包括电致折变、磁致折变、声致折变、光致折变、或热致折变，所述一维光子晶体具有一缺陷模，所述缺陷模随所述缺陷层的折射率的变化而变化，所述一维光子晶体可调谐滤波器的表面与其入射波的方向成45度夹角，所述一维光子晶体可调谐滤波器的窄带透射波进入到第一光束合成器（5）的输入端，所述一维光子晶体可调谐滤波器的反射光进入到第一光放大器（47）的输入端。14、按照权利要求12所述的循环多普勒移频非线性差频式宽带调谐太赫兹波发生器，其特征在于：所述布喇格光栅‑全反射镜组合体包括一个与入射光方向成45度夹角的第二反馈式布喇格光栅和一个反射面与入射光方向成45度夹角的全反射镜，在所述第二反馈式布喇格光栅和全反射镜之间为一空气或介质层，所述第二反馈式布喇格光栅的窄带反射光为该可调谐滤波器的窄带输出光，所述第二反馈式布喇格光栅的窄带反射光进入第一光束合成器（5）中，所述全反射镜的反射光沿另一光路进入到第一光放大器（47）的输入端，所述第二反馈式布喇格光栅的晶格参数通过压电效应、磁致伸缩效应、热胀冷缩效应、电致折变、磁致折变、声致折变、光致折变、力致折变或热致折变方式来进行调节，以实现所述第二反馈式布喇格光栅的窄带反射光的频率的调节。