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作者：Gail Overton
如果要將太赫茲（THz）輻射用于生物醫(yī)學(xué)成像、國(guó)家安全、天文學(xué)以及工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域中，就需要實(shí)用的THz光源。THz光源粗略的定義為輻射波長(zhǎng)在30微米到1毫米之間的光源，它可以穿透到器官組織的內(nèi)部而不會(huì)像X射線(xiàn)那樣造成損傷，也能夠?qū)⒂袡C(jī)組織與不斷變化的水成份區(qū)分開(kāi)來(lái)。
通過(guò)采用多種方法，人們?cè)陂_(kāi)發(fā)THz光源方面取得了很大進(jìn)展，圣安德魯斯大學(xué)物理與天文學(xué)院的一個(gè)研究小組演示了一個(gè)小型的、在室溫下工作的THz光源，其調(diào)諧范圍為1.2到3.05THz（對(duì)應(yīng)于100到250微米的波長(zhǎng)），與之前的技術(shù)相比，此光源所需的泵浦能量減小了10倍多，而THz脈沖能量卻提高了25倍。1這一THz光源采用非共線(xiàn)相位匹配的光參量產(chǎn)生技術(shù)研制而成，能夠產(chǎn)生1W的峰值功率和5nJ的脈沖能量。
該THz輻射產(chǎn)生技術(shù)采用了一種新穎的泵浦光與空閑光交叉作用的腔結(jié)構(gòu)，使非線(xiàn)性介質(zhì)位于泵浦激光腔的內(nèi)部，并受到循環(huán)的腔內(nèi)電磁場(chǎng)的控制。由于在最佳輸出耦合條件下，內(nèi)部電磁場(chǎng)強(qiáng)度比外部電磁場(chǎng)強(qiáng)度高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，因此不需要使用高能量的泵浦激光。實(shí)際上，采用這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)的峰值功率為1W的THz輻射源所使用的泵浦激光的能量?jī)H為1.3mJ，相比之下，利用其他的光參量產(chǎn)生技術(shù)所需的典型泵浦能量值在20mJ以上。
在該實(shí)驗(yàn)裝置中，準(zhǔn)連續(xù)二極管激光器（QCW LD）工作在釹（Nd）的激發(fā)波長(zhǎng)808nm附近，用它泵浦由間距為37cm的兩個(gè)反射鏡組成的諧振腔（見(jiàn)圖）。腔內(nèi)的其他光學(xué)元件保證激光器以調(diào)Q的方式工作，以獲得所需的峰值功率。激光增益介質(zhì)為Nd:YAG晶體。空閑光或光學(xué)參量振蕩器（OPO）的諧振腔由反射鏡M3、M4以及非線(xiàn)性晶體組成，腔長(zhǎng)為13cm。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，OPO腔可以相對(duì)于泵浦激光腔的軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，以便于調(diào)節(jié)空閑光腔的軸線(xiàn)相對(duì)于泵浦激光的角度，這樣可以在非線(xiàn)性晶體內(nèi)有效地產(chǎn)生可調(diào)諧太赫茲輻射。
為了產(chǎn)生寬調(diào)諧范圍、高效率的THz輻射源，
利用一個(gè)工作在808nm附近的二極管激光器
泵浦由相距37cm的兩個(gè)反射鏡M1和M2所構(gòu)
成的諧振腔。反射鏡M1對(duì)于1064nm光波的
反射率大于98%，而對(duì)于808nm光波高度透
射，反射鏡M2對(duì)于1064nm光波的反射率為
90%。激光增益介質(zhì)（LG）、1/4波片（QW）
、電光Q開(kāi)關(guān)（QS）和偏振片（POL）保證
了泵浦激光器以調(diào)Q的方式工作。非線(xiàn)性晶
體（NL）置于反射鏡M3和M4之間，形成了
光學(xué)參量振蕩器（OPO）諧振腔，THz輻射
即從此腔中產(chǎn)生。
采用這種非共線(xiàn)相位匹配結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的太赫茲輻射以30°的角度入射至5x50mm非線(xiàn)性晶體的側(cè)面，該非線(xiàn)性晶體的橫截面為邊長(zhǎng)5mm的正方形，長(zhǎng)為50mm。因?yàn)檫@個(gè)角度超過(guò)了晶體的全內(nèi)反射角11°，采用由硅構(gòu)成的棱柱形輸出耦合結(jié)構(gòu)將晶體－硅分界面的全內(nèi)反射角提高到38°，從而使太赫茲輻射能夠從晶體中出射。
盡管沒(méi)有測(cè)量太赫茲光束的空間分布，但據(jù)估計(jì)光束在遠(yuǎn)場(chǎng)為高斯分布并且接近衍射極限。
“我們認(rèn)為我們已經(jīng)研制出基于光參量產(chǎn)生技術(shù)的多功能小型可調(diào)諧太赫茲輻射源”，該研究小組的負(fù)責(zé)人Malcolm Dunn說(shuō)�！拔覀兎浅？释c其他研究小組合作研究相關(guān)應(yīng)用。為此，我們已經(jīng)與國(guó)家安全和醫(yī)療領(lǐng)域的一些潛在用戶(hù)進(jìn)行了接觸，并期望展開(kāi)進(jìn)一步的合作�！�
參考文獻(xiàn)：
T.J. Edwards et al., Optics Exp. 14(4) 1582 (Feb. 20, 2006).
