本发明公开了一种环形腔太赫兹波参量振荡器，包括泵浦源、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第一MgO:LiNbO3晶体、第二MgO:LiNbO3晶体、第三MgO:LiNbO3晶体、第四MgO:LiNbO3晶体、第五MgO:LiNbO3晶体和第六MgO:LiNbO3晶体。经光学参量效应产生的四束太赫兹波，其中两束太赫兹波作为种子光可以增强光学参量效应，继而可以有效放大另外两束太赫兹波；Stokes光在环形腔中谐振放大，且可以重复使用，有效提高光学转换效率；太赫兹波垂直于MgO:LiNbO3晶体出射，不需要任何耦合输出装置，有效减小太赫兹波输出损耗；通过改变泵浦光和Stokes光之间的夹角，可以得到频率调谐的太赫兹波，调谐方式简单，操作灵活。
1.一种环形腔太赫兹波参量振荡器，其特征在于：包括泵浦源（1）、第一反射镜（3）、第二反射镜（5）、第三反射镜（6）、第四反射镜（7）、第一MgO:LiNbO3晶体（8）、第二MgO:LiNbO3晶体（9）、第三MgO:LiNbO3晶体（10）、第四MgO:LiNbO3晶体（13）、第五MgO:LiNbO3晶体（14）和第六MgO:LiNbO3晶体（15）；
泵浦源（1）发出的泵浦光（2）经第一反射镜（3）反射后依次入射第一MgO:LiNbO3晶体（8）、第三MgO:LiNbO3晶体（10）和第二MgO:LiNbO3晶体（9），经光学参量效应产生Stokes光（4）、第一太赫兹波（11）和第二太赫兹波（12）；Stokes光（4）在由第二反射镜（5）、第三反射镜（6）和第三MgO:LiNbO3晶体（10）、第六MgO:LiNbO3晶体（15）的全反射面组成的环形腔中振荡，第一太赫兹波（11）垂直于第三MgO:LiNbO3晶体（10）的出射面沿Y轴正向出射，第二太赫兹波（12）垂直于第三MgO:LiNbO3晶体（10）的出射面沿Y轴负向出射；
泵浦光（2）从第二MgO:LiNbO3晶体（9）出射后经第四反射镜（7）反射后依次入射第五MgO:LiNbO3晶体（14）、第六MgO:LiNbO3晶体（15）和第四MgO:LiNbO3晶体（13），经光学参量效应产生Stokes光（4）、第三太赫兹波（16）和第四太赫兹波（17）；Stokes光（4）在由第二反射镜（5）、第三反射镜（6）和第三MgO:LiNbO3晶体（10）、第六MgO:LiNbO3晶体（15）的全反射面组成的环形腔中振荡，第三太赫兹波（16）垂直于第六MgO:LiNbO3晶体（15）的出射面沿Y轴负向出射，第四太赫兹波（17）垂直于第六MgO:LiNbO3晶体（15）的出射面沿Y轴正向出射；
沿Y轴负向传播的第二太赫兹波（12）入射到第四太赫兹波（17）的出射点，作为种子光增强第六MgO:LiNbO3晶体（15）中的光学参量效应，有效放大Stokes光（4）和第三太赫兹波（16）；沿Y轴正向传播的第四太赫兹波（17）入射到第二太赫兹波（12）的出射点，作为种子光增强第三MgO:LiNbO3晶体（10）中的光学参量效应，有效放大Stokes光（4）和第一太赫兹波（11）。
2.根据权利要求1所述的环形腔太赫兹波参量振荡器，其特征在于：还包括泵浦光回收盒（18），泵浦光（2）从第四MgO:LiNbO3晶体（13）出射后被泵浦光回收盒（18）回收。
3.根据权利要求1所述的环形腔太赫兹波参量振荡器，其特征在于：所述泵浦源（1）采用Nd:YAG脉冲激光器，波长为1064nm，重复频率为20Hz，单脉冲能量为160mJ，偏振方向为Z轴；光束传播的平面为X轴和Y轴所确定的平面，Z轴垂直于光束传播的平面，Y轴与泵浦源出射的泵浦光的方向平行，X轴与泵浦源出射的泵浦光的方向垂直，第三太赫兹波的传播方向为Y轴负向，第四太赫兹波的传播方向为Y轴正向，泵浦光（2）从第四MgO:LiNbO3晶体（13）出射的方向与X轴正向的夹角为钝角。
4.根据权利要求1所述的环形腔太赫兹波参量振荡器，其特征在于：所述第一反射镜（3）、第二反射镜（5）、第三反射镜（6）和第四反射镜（7）均为平面镜，且角度均可调节，第一反射镜（3）和第四反射镜（7）对泵浦光（2）全反射，第二反射镜（5）和第三反射镜（6）对Stokes光（4）全反射。
5.根据权利要求1所述的环形腔太赫兹波参量振荡器，其特征在于：所述第一MgO:
LiNbO3晶体（8）、第二MgO:LiNbO3晶体（9）和第三MgO:LiNbO3晶体（10）的光轴沿Z轴，MgO掺杂浓度为5mol%，三块晶体紧贴在一起，沿Y轴对称放置；第四MgO:LiNbO3晶体（13）、第五MgO:LiNbO3晶体（14）和第六MgO:LiNbO3晶体（15）的光轴沿Z轴，MgO掺杂浓度为5mol%，三块晶体紧贴在一起，沿Y轴对称放置；第一MgO:LiNbO3晶体（8）、第二MgO:LiNbO3晶体（9）、第四MgO:LiNbO3晶体（13）和第五MgO:LiNbO3晶体（14）是完全相同的，晶体在X-Y平面为直角梯形；第三MgO:LiNbO3晶体（10）和第六MgO:LiNbO3晶体（15）是完全相同的，在X-Y平面为矩形；光束传播的平面为X轴和Y轴所确定的平面，Z轴垂直于光束传播的平面，Y轴与泵浦源出射的泵浦光的方向平行，X轴与泵浦源出射的泵浦光的方向垂直，第三太赫兹波的传播方向为Y轴负向，第四太赫兹波的传播方向为Y轴正向，泵浦光（2）从第四MgO:LiNbO3晶体（13）出射的方向与X轴正向的夹角为钝角。
6.根据权利要求5所述的环形腔太赫兹波参量振荡器，其特征在于：所述第一MgO:
LiNbO3晶体（8）、第二MgO:LiNbO3晶体（9）、第四MgO:LiNbO3晶体（13）和第五MgO:LiNbO3晶体（14）的直角梯形的锐角为64.2°，直角梯形沿X轴的两个直角边长度分别为40mm和57.4mm，直角梯形沿Y轴的直角边长度为36mm，直角梯形的斜边长度为40mm；光束传播的平面为X轴和Y轴所确定的平面，Z轴垂直于光束传播的平面，Y轴与泵浦源出射的泵浦光的方向平行，X轴与泵浦源出射的泵浦光的方向垂直，第三太赫兹波的传播方向为Y轴负向，第四太赫兹波的传播方向为Y轴正向，泵浦光（2）从第四MgO:LiNbO3晶体（13）出射的方向与X轴正向的夹角为钝角。
7.根据权利要求5所述的环形腔太赫兹波参量振荡器，其特征在于：所述第三MgO:
LiNbO3晶体（10）和第六MgO:LiNbO3晶体（15）在X轴和Y轴方向的尺寸分别为8mm和3mm；光束传播的平面为X轴和Y轴所确定的平面，Z轴垂直于光束传播的平面，Y轴与泵浦源出射的泵浦光的方向平行，X轴与泵浦源出射的泵浦光的方向垂直，第三太赫兹波的传播方向为Y轴负向，第四太赫兹波的传播方向为Y轴正向，泵浦光（2）从第四MgO:LiNbO3晶体（13）出射的方向与X轴正向的夹角为钝角。
一种环形腔太赫兹波参量振荡器
技术领域
[0001] 本发明属于太赫兹波技术领域，具体涉及一种环形腔太赫兹波参量振荡器。
背景技术
[0002] 太赫兹波（THz），是指频率处于0.1-10THz （1THz=1012Hz）范围内的电磁波，位于微波与红外辐射之间，在长波长处与毫米波重合，在短波长处与红外波重合，是电子学与光子学、宏观理论向微观理论的过渡区域。介于微波波段和红外波段之间的太赫兹波具有许多特殊的性质：
[0003] （1）大量有机分子、半导体的子带和微带、转动和振动跃迁能量都在太赫兹波范围，太赫兹波的光谱分辨特性使得太赫兹波探测技术，尤其是太赫兹波光谱成像技术，除了能辨别物质的形貌外，还能鉴别物质的组成成分。
[0004] （2）从其透过不同材料的光谱及成像来看，太赫兹波辐射能穿透非金属和非极性材料，如纺织品、纸板、塑料、木料等包装物。
[0005] （3）太赫兹波的另一显著特点是它的安全性，能量仅有毫电子伏特，与X射线相比具有低能性，不会引起生物组织的光离化，从而可应用于人体安全检查或生物医学成像等方面。
[0006] （4）太赫兹波辐射具有很好的空间、时间相干性。
[0007] （5）太赫兹波带宽很宽，能够在目前隐身技术所能对抗的波段之外工作，所以可用它来探测隐身目标，以其作为辐射源的超宽带雷达能够获得隐形飞机的图像。
[0008] 缺少的能够产生高功率、高质量、高效率的太赫兹波，且低成本并能在室温下运转的太赫兹源是目前面临的主要问题。目前太赫兹波的产生方法主要有电子学方法和光子学方法。电子学方法是一般将电磁辐射的波长从毫米波延伸到太赫兹波波段，也就相当于一个频率变大的过程，但是当频率大于1THz时会遇到很大的障碍，以至于效率变的很低，同时电子学方法产生的太赫兹波辐射源体积庞大，限制了其在很多领域中的应用。而光子学方法其主要方向就是把可见光或者红外光向太赫兹波波段转换。此方法的优势在于产生的太赫兹波辐射源具有很高的相干性和方向性，但是现阶段产生的太赫兹波功率和效率都较低。
发明内容
[0009] 本发明的目的是提供一种环形腔太赫兹波参量振荡器，用以解决现有太赫兹波功率低、效率低等问题。
[0010] 本发明的目的是以下述方式实现的：
[0011] 一种环形腔太赫兹波参量振荡器，包括泵浦源、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第一MgO:LiNbO3晶体、第二MgO:LiNbO3晶体、第三MgO:LiNbO3晶体、第四MgO:LiNbO3晶体、第五MgO:LiNbO3晶体和第六MgO:LiNbO3晶体；
[0012] 泵浦源发出的泵浦光经第一反射镜反射后依次入射第一MgO:LiNbO3晶体、第三MgO:LiNbO3晶体和第二MgO:LiNbO3晶体，经光学参量效应产生Stokes光、第一太赫兹波和第二太赫兹波；Stokes光在由第二反射镜、第三反射镜和第三MgO:LiNbO3晶体、第六MgO:LiNbO3晶体的全反射面组成的环形腔中振荡，第一太赫兹波垂直于第三MgO:LiNbO3晶体的出射面沿Y轴正向出射，第二太赫兹波垂直于第三MgO:LiNbO3晶体的出射面沿Y轴负向出射；
[0013] 泵浦光从第二MgO:LiNbO3晶体出射后经第四反射镜反射后依次入射第五MgO:LiNbO3晶体、第六MgO:LiNbO3晶体和第四MgO:LiNbO3晶体，经光学参量效应产生Stokes光、第三太赫兹波和第四太赫兹波；Stokes光在由第二反射镜、第三反射镜和第三MgO:LiNbO3晶体、第六MgO:LiNbO3晶体的全反射面组成的环形腔中振荡，第三太赫兹波垂直于第六MgO:LiNbO3晶体的出射面沿Y轴负向出射，第四太赫兹波垂直于第六MgO:LiNbO3晶体的出射面沿Y轴正向出射；
[0014] 沿Y轴负向传播的第二太赫兹波入射到第四太赫兹波的出射点，作为种子光增强第六MgO:LiNbO3晶体中的光学参量效应，有效放大Stokes光和第三太赫兹波；沿Y轴正向传播的第四太赫兹波入射到第二太赫兹波的出射点，作为种子光增强第三MgO:LiNbO3晶体中的光学参量效应，有效放大Stokes光和第一太赫兹波。
[0015] 还包括泵浦光回收盒，泵浦光从第四MgO:LiNbO3晶体出射后被泵浦光回收盒回收。
[0016] 所述泵浦源采用Nd:YAG脉冲激光器，波长为1064nm，重复频率为20Hz，单脉冲能量为160mJ，偏振方向为Z轴。
[0017] 所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜均为平面镜，且角度均可调节，第一反射镜和第四反射镜对泵浦光全反射，第二反射镜和第三反射镜对Stokes光全反射。
[0018] 所述第一MgO:LiNbO3晶体、第二MgO:LiNbO3晶体和第三MgO:LiNbO3晶体的光轴沿Z轴，MgO掺杂浓度为5mol%，三块晶体紧贴在一起，沿Y轴对称放置；第四MgO:LiNbO3晶体、第五MgO:LiNbO3晶体和第六MgO:LiNbO3晶体的光轴沿Z轴，MgO掺杂浓度为5mol%，三块晶体紧贴在一起，沿Y轴对称放置；第一MgO:LiNbO3晶体、第二MgO:LiNbO3晶体、第四MgO:LiNbO3晶体和第五MgO:LiNbO3晶体是完全相同的，晶体在X-Y平面为直角梯形；第三MgO:LiNbO3晶体和第六MgO:LiNbO3晶体是完全相同的，在X-Y平面为矩形。
[0019] 所述第一MgO:LiNbO3晶体、第二MgO:LiNbO3晶体、第四MgO:LiNbO3晶体和第五MgO:LiNbO3晶体的直角梯形的锐角为64.2°，直角梯形沿X轴的两个直角边长度分别为40mm和
57.4mm，直角梯形沿Y轴的直角边长度为36mm，直角梯形的斜边长度为40mm。
[0020] 所述第三MgO:LiNbO3晶体和第六MgO:LiNbO3晶体在X轴和Y轴方向的尺寸分别为8mm和3mm。
[0021] 本发明提供的一种环形腔太赫兹波参量振荡器与现有的基于光学参量效应的太赫兹辐射源相比，具有以下优点：
[0022] （1）经光学参量效应产生的四束太赫兹波，其中两束太赫兹波作为种子光可以增强光学参量效应，继而可以有效放大另外两束太赫兹波。
[0023] （2）Stokes光在环形腔中谐振放大，且可以重复使用，有效提高光学转换效率。
[0024] （3）太赫兹波垂直于MgO:LiNbO3晶体出射，不需要任何耦合输出装置，有效减小太赫兹波输出损耗。
[0025] （4）通过改变泵浦光和Stokes光之间的夹角，可以得到频率调谐的太赫兹波，调谐方式简单，操作灵活。
附图说明
[0026] 图1是本发明实施例的结构原理图。
[0027] 图2是MgO:LiNbO3晶体中泵浦光、Stokes光和太赫兹波相位匹配示意图，图中kp、ks、kT分别为泵浦光、Stokes光、太赫兹波的波矢，θ角为泵浦光波矢kp与Stokes光波矢ks之间的夹角。
[0028] 其中，1是泵浦源；2是泵浦光；3是第一反射镜；4是Stokes光；5是第二反射镜；6是第三反射镜；7是第四反射镜；8是第一MgO:LiNbO3晶体；9是第二MgO:LiNbO3晶体；10是第三MgO:LiNbO3晶体；11是第一太赫兹波；12是第二太赫兹波；13是第四MgO:LiNbO3晶体；14是第五MgO:LiNbO3晶体；15是第六MgO:LiNbO3晶体；16是第三太赫兹波；17是第四太赫兹波；18是泵浦光回收盒。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0030] 如附图1所示，一种环形腔太赫兹波参量振荡器，包括泵浦源1、第一反射镜3、第二反射镜5、第三反射镜6、第四反射镜7、第一MgO:LiNbO3晶体8、第二MgO:LiNbO3晶体9、第三MgO:LiNbO3晶体10、第四MgO:LiNbO3晶体13、第五MgO:LiNbO3晶体14和第六MgO:LiNbO3晶体15；
[0031] 泵浦源1发出的泵浦光2经第一反射镜3反射后依次入射第一MgO:LiNbO3晶体8、第三MgO:LiNbO3晶体10和第二MgO:LiNbO3晶体9，经光学参量效应产生Stokes光4、第一太赫兹波11和第二太赫兹波12；Stokes光4在由第二反射镜5、第三反射镜6和第三MgO:LiNbO3晶体10、第六MgO:LiNbO3晶体15的全反射面组成的环形腔中振荡，第一太赫兹波11垂直于第三MgO:LiNbO3晶体10的出射面沿Y轴正向出射，第二太赫兹波12垂直于第三MgO:LiNbO3晶体10的出射面沿Y轴负向出射；
[0032] 泵浦光2从第二MgO:LiNbO3晶体9出射后经第四反射镜7反射后依次入射第五MgO:LiNbO3晶体14、第六MgO:LiNbO3晶体15和第四MgO:LiNbO3晶体13，经光学参量效应产生Stokes光4、第三太赫兹波16和第四太赫兹波17；Stokes光4在由第二反射镜5、第三反射镜6和第三MgO:LiNbO3晶体10、第六MgO:LiNbO3晶体15的全反射面组成的环形腔中振荡，第三太赫兹波16垂直于第六MgO:LiNbO3晶体15的出射面沿Y轴负向出射，第四太赫兹波17垂直于第六MgO:LiNbO3晶体15的出射面沿Y轴正向出射；
[0033] 沿Y轴负向传播的第二太赫兹波12入射到第四太赫兹波17的出射点，作为种子光增强第六MgO:LiNbO3晶体15中的光学参量效应，有效放大Stokes光4和第三太赫兹波16；沿Y轴正向传播的第四太赫兹波17入射到第二太赫兹波12的出射点，作为种子光增强第三MgO:LiNbO3晶体10中的光学参量效应，有效放大Stokes光4和第一太赫兹波11。
[0034] 还包括泵浦光回收盒18，泵浦光2从第四MgO:LiNbO3晶体13出射后被泵浦光回收盒18回收。
[0035] 泵浦源1采用Nd:YAG脉冲激光器，波长为1064nm，重复频率为20Hz，单脉冲能量为160mJ，偏振方向为Z轴。
[0036] 第一反射镜3、第二反射镜5、第三反射镜6和第四反射镜7均为平面镜，且角度均可调节，第一反射镜3和第四反射镜7对泵浦光2全反射，第二反射镜5和第三反射镜6对Stokes光4全反射。
[0037] 第一MgO:LiNbO3晶体8、第二MgO:LiNbO3晶体9和第三MgO:LiNbO3晶体10的光轴沿Z轴，MgO掺杂浓度为5mol%，三块晶体紧贴在一起，沿Y轴对称放置；第四MgO:LiNbO3晶体13、第五MgO:LiNbO3晶体14和第六MgO:LiNbO3晶体15的光轴沿Z轴，MgO掺杂浓度为5mol%，三块晶体紧贴在一起，沿Y轴对称放置；第一MgO:LiNbO3晶体8、第二MgO:LiNbO3晶体9、第四MgO:LiNbO3晶体13和第五MgO:LiNbO3晶体14是完全相同的，晶体在X-Y平面为直角梯形；第三MgO:LiNbO3晶体10和第六MgO:LiNbO3晶体15是完全相同的，在X-Y平面为矩形。
[0038] 第一MgO:LiNbO3晶体8、第二MgO:LiNbO3晶体9、第四MgO:LiNbO3晶体13和第五MgO:LiNbO3晶体14的直角梯形的锐角为64.2°，直角梯形沿X轴的两个直角边长度分别为40mm和
57.4mm，直角梯形沿Y轴的直角边长度为36mm，直角梯形的斜边长度为40mm。
[0039] 第三MgO:LiNbO3晶体10和第六MgO:LiNbO3晶体15在X轴和Y轴方向的尺寸分别为8mm和3mm。
[0040] 如图2所示，改变泵浦光2和Stokes光4之间的夹角θ，可以得到频率调谐的第一太赫兹波11、第二太赫兹波12、第三太赫兹波16和第四太赫兹波17，当θ角的范围在0.3356°-1.4686°变化时，可以得到频率范围在0.8-3.2THz的THz波，同时可以得到波长范围在1067-
1076.2nm的Stokes光。在频率调谐过程中，第一太赫兹波11、第二太赫兹波12、第三太赫兹波16和第四太赫兹波17的频率始终相等，且第一太赫兹波11、第二太赫兹波12、第三太赫兹波16和第四太赫兹波17满足共线传播，第一太赫兹波11和第四太赫兹波17沿Y轴正向传播，第二太赫兹波12和第三太赫兹波16沿Y轴负向传播。
[0041] 以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
