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原文传递一种基于频率转换的太赫兹波单光子探测与成像系统

专利名称：	一种基于频率转换的太赫兹波单光子探测与成像系统
摘要：	本发明涉及一种基于频率转换的太赫兹波单光子探测与成像系统，属于太赫兹波光电子领域，包括激光光源、两个波长转换器件A、B，两个非线性太赫兹变换器件A、B，样品及单光子探测或成像器件；激光光源通过波长转换器件A产生两个波长的激光，并在非线性太赫兹变换器件A内产生具有相干特性的太赫兹波，该太赫兹波在样品散射、吸收作用下能量衰减至单光子量级，激光光源通过波长转换器件B产生一个单一波长的近红外激光，并与太赫兹波单光子信号在非线性太赫兹变换器件B内产生频率上转换信号，在单光子探测或成像器件内被转换为电子信号，实现太赫兹波的单光子探测和成像。本发明能够实现在室温下对宽谱范围内的太赫兹波的单光子探测和成像。
专利类型：	发明专利
申请人：	山东大学
发明人：	范书振;尹晓琴;李永富;刘兆军;赵显;方家熊
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T17:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T03:00:00+0805
申请号：	CN201911297299.0
公开号：	CN110954497A
代理机构：	济南金迪知识产权代理有限公司
代理人：	赵龙群
分类号：	G01N21/3586;G01J3/28;G;G01;G01N;G01J;G01N21;G01J3;G01N21/3586;G01J3/28
申请人地址：	250199 山东省济南市历城区山大南路27号
主权项：	1.一种基于频率转换的太赫兹波单光子探测与成像系统，其特征在于，包括激光光源、波长转换器件A、波长转换器件B、非线性太赫兹变换器件A、非线性太赫兹变换器件B、样品以及单光子探测或成像器件；激光光源作为整个系统的能量供应，对于成像应用激光脉冲频率不低于25Hz，用来产生具有相干特性的太赫兹波及频率变换用激光，激光光源通过波长转换器件A产生两个新的波长的激光，并在非线性太赫兹变换器件A内产生具有相干特性的太赫兹波，该太赫兹波在样品散射、吸收、空间传输损耗因素作用下信号能量衰减至单光子量级，即太赫兹波单光子信号，激光光源通过波长转换器件B产生一个单一波长的近红外激光，并与太赫兹波单光子信号在非线性太赫兹变换器件B内产生频率上转换信号，频率上转换信号在单光子探测或成像器件内被转换为电子信号，实现太赫兹波的单光子探测和成像。 2.根据权利要求1所述的基于频率转换的太赫兹波单光子探测与成像系统，其特征在于，所述单光子探测或成像器件具有单光子探测能力，包括但不限于Si基单光子探测器、InGaAs基单光子探测器、Si基单光子探测器阵列、InGaAs基单光子探测器阵列、电子倍增电荷耦合器件和增强电荷耦合器件。 3.根据权利要求1所述的基于频率转换的太赫兹波单光子探测与成像系统，其特征在于，所述激光光源包括但不限于单一波长激光器、双波长激光器。 4.根据权利要求1所述的基于频率转换的太赫兹波单光子探测与成像系统，其特征在于，所述波长转换器件A和波长转换器件B的光学非线性频率变换方式包括但不限于光学参量变换、差频、和频和拉曼变换。 5.根据权利要求1所述的基于频率转换的太赫兹波单光子探测与成像系统，其特征在于，激光光源采用1.34微米波长的纳秒脉冲的Nd:YVO4激光器，波长转换器件A采用内腔拉曼变换方式将激光光源的波长转换为1.52微米，拉曼变换晶体采用不掺杂的YVO4，非线性太赫兹变换器件A的光学非线性频率变换方式采用单程差频的方式，非线性太赫兹变换器件A中的非线性晶体采用DAST晶体，样品为写有文字的纸片样品，非线性太赫兹变换器件B中的非线性晶体也采用DAST晶体，单光子探测或成像器件采用32×32InGaAs单光子探测器阵列。 6.根据权利要求1所述的基于频率转换的太赫兹波单光子探测与成像系统，其特征在于，激光光源采用532nm固体激光器，波长转换器件A采用双晶体光参量振荡谐振腔，参量变换晶体为不同角度切割的KTP晶体，分别产生910nm和943nm激光，非线性太赫兹变换器件A的光学非线性频率变换方式采用单程差频的方式，非线性太赫兹变换器件A中的非线性晶体采用BNA晶体，样品为树叶叶片样品，波长转换器件B采用单晶体KTP光参量振荡谐振腔，用于产生910nm激光，非线性太赫兹变换器件B中的非线性晶体也采用BNA晶体，单光子探测或成像器件采用sCMOS相机。 7.根据权利要求1所述的基于频率转换的太赫兹波单光子探测与成像系统，其特征在于，激光光源采用532nm固体激光器，波长转换器件A采用双晶体光参量振荡谐振腔，参量变换晶体为不同角度切割的KTP晶体，分别产生1313nm和1415nm激光，非线性太赫兹变换器件A的光学非线性频率变换方式采用单程差频的方式，非线性太赫兹变换器件A中的非线性晶体采用DAST晶体，样品为掺杂有Si离子的GaAs半导体片样品，波长转换器件B采用单晶体KTP光参量振荡谐振腔，用于产生910nm激光，非线性太赫兹变换器件B中的非线性晶体采用BNA晶体，单光子探测或成像器件采用EMCCD相机。 8.根据权利要求1所述的基于频率转换的太赫兹波单光子探测与成像系统，其特征在于，激光光源采用532nm固体激光器，波长转换器件A采用双晶体光参量振荡谐振腔，参量变换晶体为不同角度切割的KTP晶体，分别产生1415nm和1445nm激光，非线性太赫兹变换器件A的光学非线性频率变换方式采用单程差频的方式，非线性太赫兹变换器件A中的非线性晶体采用DAST晶体，样品为写有字迹的纸片样品，波长转换器件B采用单晶体KTP光参量振荡谐振腔，用于产生1415nm激光，非线性太赫兹变换器件B中的非线性晶体采用DAST晶体，单光子探测或成像器件采用InGaAs单光子探测器。 9.根据权利要求1所述的基于频率转换的太赫兹波单光子探测与成像系统，其特征在于，激光光源采用1064nm固体YAG激光器，波长转换器件A采用光参量振荡谐振腔，参量变换晶体为KTP晶体，将1064nm激光倍频为532nm激光，再经KTP晶体产生1072nm激光，非线性太赫兹变换器件A的光学非线性频率变换方式采用种子光注入参量产生的方式，非线性太赫兹变换器件A中的非线性晶体采用LN晶体，样品为生物组织切片样品，非线性太赫兹变换器件B中的非线性晶体采用LN晶体，单光子探测或成像器件采用Si单光子探测器。
所属类别：	发明专利