不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的 新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【主权项】
1. 一种阶梯形结构的强太赫兹脉冲发射源，其特征在于包括： 飞秒激光波前整形模块，用于对累浦飞秒激光进行整形，使累浦飞秒激光的波前在阶 梯形妮酸裡晶体倾斜角度为〇,使得累浦飞秒激光与阶梯形妮酸裡晶体产生的强太赫兹波 实现非共线相位匹配； 阶梯形妮酸裡晶体，用于将累浦飞秒激光转换为i个太赫兹脉冲;将模形妮酸裡晶体沿 底面裁剪成阶梯形结构的妮酸裡晶体，即为阶梯形妮酸裡晶体;其中模形妮酸裡晶体的侧 面作为阶梯形妮酸裡晶体底面，阶梯形妮酸裡晶体底面与相位匹配结构底面重合;阶梯形 妮酸裡晶体中挖空部分远离阶梯形妮酸裡晶体底面，阶梯形妮酸裡晶体中阶梯形机构的台 阶面与模形妮酸裡晶体底面平行;阶梯形妮酸裡晶体有i个台阶； 相位匹配结构，用于消除阶梯形妮酸裡晶体产生的多个太赫兹脉冲的相对时间延迟， 将阶梯形妮酸裡晶体产生的多个太赫兹脉冲禪合为一个强太赫兹脉冲;相位匹配结构是阶 梯结构，所述阶梯结构底面作为相位匹配结构底面;相位匹配结构有i-1个台阶;相位匹配 结构第1台阶与阶梯形妮酸裡晶体第2个阶梯台阶底面重合，直到相位匹配结构第i-1台阶 与阶梯形妮酸裡晶体第i个阶梯台阶底面重合； 当经过飞秒激光波前整形模块的累浦飞秒激光，垂直入射于阶梯形妮酸裡晶体端面 时，累浦飞秒激光覆盖整个阶梯形妮酸裡晶体端面，在阶梯形妮酸裡晶体底面等间距形成i 个太赫兹脉冲;然后所述i个太赫兹脉冲中从第2个太赫兹脉冲到第i个太赫兹脉冲经过相 位匹配结构中i-1个台阶禪合成一个强太赫兹脉冲;所述阶梯形妮酸裡晶体端面指的是垂 直于阶梯形妮酸裡晶体中阶梯形结构台阶面的端面;太赫兹脉冲出射方向与相位匹配结构 的底面垂直。2. 根据权利要求1所述的一种阶梯形结构的强太赫兹脉冲发射源，其特征在于所述相 位匹配结构中每个阶梯结构的台阶高度dp = tan(丫）*(ni-l)*di/(np-l);其中丫 =a，丫为 阶梯形妮酸裡晶体底面与阶梯形妮酸裡晶体端面夹角;相位匹配结构中第1个到第i-1个阶 梯结构的台阶长度对应等于阶梯形妮酸裡晶体第2个到第i个模形侧面长度;m指的是妮酸 裡晶体在累浦飞秒激光波段的折射率;np指的是相位匹配材料在太赫兹波段的折射率。3. 根据权利要求1所述的一种阶梯形结构的强太赫兹脉冲发射源，其特征在于所述阶 梯形妮酸裡晶体阶梯高度分别为山，d2、d3......di，其中i〉= 2;其中d2 = d3 = = di =山- 0.5~1.5mm; di 范围 2~5mm。4. 根据权利要求1所述的一种阶梯形结构的强太赫兹脉冲发射源，其特征在于所述飞 秒激光波前整形模块包括反射光栅、两个透镜;累浦飞秒激光通过光栅后，依次通过两个成 像透镜后入射至整个阶梯形妮酸裡晶体端面;两个成像透镜组成望远镜系统；其中累浦飞 秒激光的光栅入射角在光栅的闪耀角e附近，光栅入射角范围为0±lO°i;sinS = NA-sinP，?;其中，S为光栅入射角，0为光栅出射角，A为累浦飞秒激光入射光波长， fi、f2分别两个透镜的焦距，m为妮酸裡晶体在入射光波段的折射率;N是光栅刻线密度;相 位匹配结构材质为聚四氣乙締或聚乙締。5. 根据权利要求1或2所述的一种阶梯形结构的强太赫兹脉冲发射源，其特征在于所述 丫的范围是63°±1°。6. -种阶梯形结构的强太赫兹脉冲发射源设计方法，其特征在于包括： 步骤I:通过飞秒激光波前整形模块对累浦飞秒激光进行整形，使累浦飞秒激光的波前 在阶梯形妮酸裡晶体倾斜角度〇,使得累浦飞秒激光与阶梯形妮酸裡晶体产生的强太赫兹 波实现非共线相位匹配； 步骤2:通过阶梯形妮酸裡晶体将累浦飞秒激光转换为i个太赫兹波;将模形妮酸裡晶 体沿底面裁剪成阶梯形结构的妮酸裡晶体，即为阶梯形妮酸裡晶体;其中模形妮酸裡晶体 的侧面作为阶梯形妮酸裡晶体底面，阶梯形妮酸裡晶体底面与相位匹配结构底面重合;阶 梯形妮酸裡晶体中挖空部分远离阶梯形妮酸裡晶体底面，阶梯形妮酸裡晶体中阶梯形机构 的台阶面与模形妮酸裡晶体底面平行;阶梯形妮酸裡晶体有i个台阶； 步骤3:通过相位匹配结构消除阶梯形妮酸裡晶体产生的多个太赫兹脉冲的相对时间 延迟，将阶梯形妮酸裡晶体产生的多个太赫兹脉冲禪合为一个强太赫兹脉冲；相位匹配结 构是阶梯结构，所述阶梯结构底面作为相位匹配结构底面;相位匹配结构有i-1个台阶;相 位匹配结构第1台阶与阶梯形妮酸裡晶体第2个阶梯台阶底面重合，直到相位匹配结构第i-1台阶与阶梯形妮酸裡晶体第i个阶梯台阶底面重合； 步骤4:当经过飞秒激光波前整形模块的累浦飞秒激光，垂直入射于阶梯形妮酸裡晶体 端面时，累浦飞秒激光覆盖整个阶梯形妮酸裡晶体端面，在阶梯形妮酸裡晶体底面等间距 形成i个太赫兹脉冲;然后所述i个太赫兹脉冲中从第2个太赫兹脉冲到第i个太赫兹脉冲经 过相位匹配结构中i-1个台阶禪合成一个强太赫兹脉冲;所述阶梯形妮酸裡晶体端面指的 是垂直于阶梯形妮酸裡晶体中阶梯形结构台阶面的端面;太赫兹脉冲出射方向与相位匹配 结构的底面垂直。7. 根据权利要求1所述的一种阶梯形结构的强太赫兹脉冲发射源设计方法，其特征在 于所述相位匹配结构中每个阶梯结构的台阶高度dp = tan(丫）*(ni-l)*di/(np-l);其中丫 =曰，丫为阶梯形妮酸裡晶体底面与阶梯形妮酸裡晶体端面夹角；相位匹配结构中第1个到 第i-1个阶梯结构的台阶长度对应等于阶梯形妮酸裡晶体第2个到第i个模形侧面长度;m 指的是妮酸裡晶体在累浦飞秒激光波段的折射率;np指的是相位匹配材料在太赫兹波段的 折射率。8. 根据权利要求6所述的一种阶梯形结构的强太赫兹脉冲发射源设计方法，其特征在 于所述阶梯形妮酸裡晶体阶梯高度分别为dl，d2、d3......di，其中i〉= 2;其中Cb = Cb =…… = di = cb-〇. 5~1.5mm;di范围 2~5mm。9. 根据权利要求6所述的一种阶梯形结构的强太赫兹脉冲发射源设计方法，其特征在 于所述飞秒激光波前整形模块包括反射光栅、两个透镜;累浦飞秒激光通过光栅后，依次通 过两个成像透镜后入射至整个阶梯形妮酸裡晶体端面;两个成像透镜组成望远镜系统；其 中累浦飞秒激光的光栅入射角在光栅的闪耀角e附近，光栅入射角范围为0±lO°i;sinS = N 入-sine,;其中，S为光栅入射角，0为光栅出射角，A为累浦飞秒激光入射光 波长，fi、f2分别两个透镜的焦距，m为妮酸裡晶体在入射光波段的折射率;N是光栅刻线密 度;相位匹配结构材质为聚四氣乙締或聚乙締。10. 根据权利要求6或7所述的一种阶梯形结构的强太赫兹脉冲发射源设计方法，其特 征在于所述丫的范围是63° ±1°。
【专利摘要】本发明涉及太赫兹辐射源研究技术领域，尤其是一种阶梯形结构的强太赫兹脉冲发射源及设计方法。本发明针对现有技术问题，通过飞秒激光波前整形模块对泵浦飞秒激光进行整形；通过阶梯形铌酸锂晶体将泵浦飞秒激光转换为太赫兹波；相位匹配结构将阶梯形铌酸锂晶体产生的多个太赫兹脉冲耦合为一个太赫兹脉冲，从而提高单个太赫兹脉冲的强度。本发明适用于利用飞秒激光泵浦铌酸锂晶体产生强太赫兹脉冲辐射的光学太赫兹源，以及采用该太赫兹源作为系统光源的太赫兹光谱成像系统。
【IPC分类】H01S3/00, G02F1/35, G02F1/355
【公开号】CN105652554
【申请号】
【发明人】钟森城, 朱礼国, 翟召辉, 刘乔, 李江, 杜良辉, 孟坤, 周平伟, 王德田
【申请人】中国工程物理研究院流体物理研究所
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月24日