在最初的太赫兹参量振荡器[40]中,都是使用LiNbO3晶体作为非线性介质,它具有较高的非线性系数,但其损伤阈值较低。而掺氧化镁的铌酸锂晶体早在19世纪60年代就已有报道[48],但直到1999年,Shikata等[49]才将其应用在太赫兹参量振荡器中。通过使用5%(摩尔分数)MgO掺杂的铌酸锂晶体作为非线性介质,他们获得了更高功率的太赫兹波输出。通过理论计算他们发现LiNbO3晶体和MgO∶LiNbO3晶体在太赫兹波段的色散特性没有很大区别,但MgO∶LiNbO3晶体的增益比纯LiNbO3晶体高5倍,并且拥有更高的损伤阈值,从而获得更高的太赫兹波输出。
在此后的15年里,有关太赫兹参量振荡器的报道都是主要基于MgO∶LiNbO3晶体的,直到2014年,山东大学王伟涛等首次使用KTP一族的晶体[50,51](如KTiOPO4、KTiOAO4晶体)作为非线性介质,使用浅表面垂直出射耦合输出方式,成功拓宽了原有基于掺氧化镁的铌酸锂晶体的太赫兹参量振荡器的调谐范围。基于铌酸锂晶体的太赫兹参量振荡器的典型调谐范围为0.6~3.2 THz,而基于KTP晶体和KTA晶体的太赫兹参量振荡器的调谐范围分别为3.17~6.13 THz和3.59~6.43 THz。但是这两种晶体的调谐范围并不连续,在调谐范围内有数个空隙,输出结果如图4-26所示。尽管KTP晶体和KTA晶体的损伤阈值远大于铌酸锂晶体,但是得到的太赫兹波脉冲输出能量和基于铌酸锂晶体的结果没有多少差别,这是因为KTP晶体和KTA晶体在太赫兹波段的吸收比铌酸锂晶体更高,更多的太赫兹波被晶体所吸收。
2016年,澳大利亚Ortega等[52]报道了另外一种KTP一族的晶体——RTP晶体在太赫兹波参量振荡器中的应用,实现了3.10~4.15 THz内的连续太赫兹波输出(图4-27),也伴随了调谐间隙的出现,同时报道了双波长Stokes光同时谐振的情况。如图4-27所示,在角度调谐过程中Stokes光波长改变的同时会出现两种波长Stokes光同时谐振的情况,但他们没有给出具有说服力的解释来说明这类现象。
图4-26 基于KTP晶体和KTA晶体的太赫兹参量振荡器的不同太赫兹波频率的输出情况
2017年,天津大学王与烨等[53]利用近化学计量比的铌酸锂晶体来实现太赫兹波宽调谐范围的输出。太赫兹波的输出范围从1.16 THz到4.64 THz,在165 mJ/pulse情况下太赫兹波在1.88 THz实现最大输出为17.49μJ,对应的太赫兹波转换效率为1.06×10-4,光子转换效率为1.59%。而且在相同的实验条件下,SLN晶体的太赫兹波输出是CLN晶体的2.75倍。(www.xing528.com)
图4-27 基于RTP晶体的太赫兹参量振荡源的输出特性
图4-28 RTP晶体中的双波长Stokes光输出现象
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