本发明属于激光器技术领域，更具体地，涉及一种太赫兹气体激光器。
背景技术：
传统的石英或者金属真空腔太赫兹气体激光器一般体积较大，成本较高。光纤激光器具有结构紧凑、易于冷却、便携性好等优点。现有的太赫兹气体激光器通常采用线性腔的结构设计，然而，线性腔结构的太赫兹气体激光器具有光学元件繁杂、调节难度大、激光器损耗高的缺点。
技术实现要素：
本发明通过提供一种太赫兹气体激光器，解决现有技术中太赫兹气体激光器结构复杂、调节难度较大、损耗较高的问题。
本发明提供一种太赫兹气体激光器，包括：气室、太赫兹空芯光纤、透镜、第一窗口镜、第二窗口镜；
所述气室为立方体结构，包括左右平行设置的第一气室壁和第二气室壁、上下平行设置的第三气室壁和第四气室壁、前后平行设置的第五气室壁和第六气室壁；
所述太赫兹空芯光纤包括第一端面和第二端面；所述第一端面设置在所述第一气室壁上，所述第二端面设置在所述第二气室壁上；
所述透镜的上下两端分别安装于所述第三气室壁和所述第四气室壁上，并能够绕中轴转动；所述透镜靠近所述第一气室壁的表面为第一表面，所述透镜靠近所述第二气室壁的表面为第二表面，所述第一表面和所述第二表面之间互相平行；所述透镜设置于所述第一端面和所述第二端面之间，所述第一表面与所述第一端面之间具有第一缝隙，所述第二表面与所述第二端面之间具有第二缝隙；
所述第一窗口镜设置在所述第五气室壁上，所述第二窗口镜设置在所述第六气室壁上；
所述气室、所述太赫兹空芯光纤、所述第一缝隙和所述第二缝隙中均有太赫兹气体激光器增益气体；
泵浦光经过所述第一窗口镜后入射至所述透镜的所述第一表面，所述第一表面将所述泵浦光反射至所述太赫兹空芯光纤的所述第一端面，并进入所述太赫兹空芯光纤内；所述太赫兹空芯光纤内的太赫兹激光经所述第二端面输出，经所述第二端面输出的部分太赫兹激光经所述透镜的所述第二表面反射后通过所述第二窗口镜输出，经所述第二端面输出的另一部分太赫兹激光经所述透镜的所述第二表面透射后通过所述第一端面进入所述太赫兹空芯光纤。
优选的，所述太赫兹气体激光器还包括：四维调整架；
两个所述四维调整架分别镶嵌在所述第一气室壁和所述第二气室壁上；所述太赫兹空芯光纤的所述第一端面、一个所述四维调整架、所述第一气室壁共同形成封闭结构；所述太赫兹空芯光纤的所述第二端面、另一个所述四维调整架、所述第二气室壁共同形成封闭结构；
一个所述四维调整架用于调节所述第一端面的竖直方向、水平方向、俯仰角或偏航角，另一个所述四维调整架用于调节所述第二端面的竖直方向、水平方向、俯仰角或偏航角。
优选的，所述太赫兹气体激光器还包括：透镜角度调整器；
所述透镜角度调整器固定在所述气室的外表面，所述透镜角度调整器用于调节所述透镜的自转角度。
优选的，所述太赫兹气体激光器还包括：进气口、出气口；
所述进气口、所述出气口均设置在所述气室上，所述进气口和所述出气口均设置有控制阀，所述进气口和所述出气口分别用于对所述气室进行充气和放气。
优选的，所述透镜的所述第一表面设置有泵浦光高反膜和太赫兹增透膜，所述太赫兹增透膜设置于所述第一表面和所述泵浦光高反膜之间；所述第二表面设置有太赫兹部分反射膜。
优选的，所述四维调整架包括：第一平台、第一滑行导轨、第一平台位移调节旋钮、第二平台、第二滑行导轨、第二平台位移调节旋钮、第三平台、平台固定弹簧、平台固定器、第一固定平台、第一平台角度调节旋钮、第二平台角度调节旋钮和真空隔离橡胶；
所述太赫兹空芯光纤的每一个端面分别嵌套在一个所述四维调整架的所述第一平台上，所述第一平台通过所述第一滑行导轨与所述第二平台相互连接，所述第一平台通过所述第一平台位移调节旋钮在以所述第二平台作为参考物的水平方向做平移运动；所述第二平台通过所述第二滑行导轨与所述第三平台相互连接，所述第二平台通过所述第二平台位移调节旋钮在以所述第三平台为参考物的竖直方向做平移运动；所述第三平台通过所述平台固定弹簧、所述平台固定器与所述第一固定平台相互连接，通过所述第一平台角度调节旋钮对所述第三平台的俯仰角进行调节，通过所述第二平台角度调节旋钮对所述第三平台的偏航角进行调节；所述第一固定平台镶嵌在气室壁中，所述第一固定平台镶嵌在气室壁的部分通过所述真空隔离橡胶与所述第一平台形成封闭结构。
优选的，所述透镜角度调整器包括：第二固定平台、旋转台、磁铁和角度旋钮；
所述透镜靠近所述第三气室壁的表面为第三表面，所述透镜靠近所述第四气室壁的表面为第四表面，所述第三表面和所述第四表面上均镶嵌有磁性材料；
所述第二固定平台固定在气室壁的外表面，所述旋转台固定于所述第二固定平台中，所述旋转台的中心与所述第二固定平台所固定的气室壁的中心重合，所述磁铁镶嵌在所述旋转台中，通过所述角度旋钮控制所述旋转台的旋转角度，以调节所述透镜的自转角度。
优选的，所述第一窗口镜设置有泵浦光增透膜，所述第二窗口镜设置有太赫兹增透膜。
优选的，所述太赫兹空芯光纤包括空芯波导，所述太赫兹空芯光纤的内壁镀有膜层。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在发明中，提供的太赫兹气体激光器采用环形腔结构的太赫兹气体激光器谐振腔，腔型结构紧凑一体，便于集成，避免了使用其他腔型结构的光纤激光器耦合困难，调节复杂的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种太赫兹气体激光器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种太赫兹气体激光器中太赫兹空芯光纤的第一端面、第二端面的位置示意图；
图3为本发明实施例提供的一种太赫兹气体激光器中太赫兹空芯光纤的膜层的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种太赫兹气体激光器中透镜的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种太赫兹气体激光器中气室的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种太赫兹气体激光器中四维调整架的结构示意图一；
图7为本发明实施例提供的一种太赫兹气体激光器中四维调整架的结构示意图二；
图8为本发明实施例提供的一种太赫兹气体激光器中透镜以及透镜角度调整器的结构示意图。
其中，1-第一窗口镜、2-太赫兹空芯光纤、3-第二窗口镜、4-透镜、5-气室、6-四维调整架、7-透镜角度调整器、8-进气口、9-出气口；
2a-第一端面、2b-第二端面、2c-膜层；
4a-第一表面、4b-第二表面、4c-泵浦光高反膜、4d-太赫兹部分反射膜、4e-太赫兹增透膜、4f-第三表面、4g-第四表面、4h-磁性材料；
5a-第一气室壁、5b-第二气室壁、5c-第三气室壁、5d-第四气室壁、5e-第五气室壁、5f-第六气室壁；
6a-第一平台、6b-第一滑行导轨、6c-第一平台位移调节旋钮、6d-第二平台、6e-第二滑行导轨、6f-第二平台位移调节旋钮、6g-第三平台、6h-平台固定弹簧、6i-平台固定器、6j-第一固定平台、6k-第一平台角度调节旋钮、6l-第二平台角度调节旋钮、6m-真空隔离橡胶；
7a-第二固定平台、7b-旋转台、7c-磁铁、7d-角度旋钮。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本实施例提供了一种太赫兹气体激光器，参见图1至图8，主要包括：气室5、太赫兹空芯光纤2、透镜4、第一窗口镜1、第二窗口镜3。
其中，所述气室5为立方体结构，包括左右平行设置的第一气室壁5a和第二气室壁5b、上下平行设置的第三气室壁5c和第四气室壁5d、前后平行设置的第五气室壁5e和第六气室壁5f。所述太赫兹空芯光纤2包括第一端面2a和第二端面2b；所述第一端面2a设置在所述第一气室壁5a上，所述第二端面2b设置在所述第二气室壁5b上。所述透镜4的上下两端分别安装于所述第三气室壁5c和所述第四气室壁5d上，并能够绕中轴转动；所述透镜4靠近所述第一气室壁5a的表面为第一表面4a，所述透镜4靠近所述第二气室壁5b的表面为第二表面4b，所述第一表面4a和所述第二表面4b之间互相平行；所述透镜4设置于所述第一端面2a和所述第二端面2b之间，所述第一表面4a与所述第一端面2a之间具有第一缝隙，所述第二表面4b与所述第二端面2b之间具有第二缝隙。所述第一窗口镜1设置在所述第五气室壁5e上，所述第二窗口镜3设置在所述第六气室壁5f上。所述气室5、所述太赫兹空芯光纤2、所述第一缝隙和所述第二缝隙中均有太赫兹气体激光器增益气体。
泵浦光经过所述第一窗口镜1后入射至所述透镜4的所述第一表面4a，所述第一表面4a将所述泵浦光反射至所述太赫兹空芯光纤2的所述第一端面2a，并进入所述太赫兹空芯光纤2内；所述太赫兹空芯光纤2内的太赫兹激光经所述第二端面2b输出，经所述第二端面2b输出的部分太赫兹激光经所述透镜4的所述第二表面4b反射后通过所述第二窗口镜3输出，经所述第二端面2b输出的另一部分太赫兹激光经所述透镜4的所述第二表面4b透射后通过所述第一端面2a进入所述太赫兹空芯光纤2。
其中，所述太赫兹气体激光器增益气体包括甲醇、氟甲烷、一氧化碳、一氧化二氮、氨气、硫化羰、氰化氢、硫化氢、二氧化硫中的任一种或多种的组合。所述泵浦光为波长在3～12μm范围内，单频可调谐激光，“单频”指激光谱线宽度小于3mhz。
此外，所述太赫兹气体激光器还可包括：四维调整架6、透镜角度调整器7、进气口8、出气口9。
两个所述四维调整架6分别镶嵌在所述第一气室壁5a和所述第二气室壁5b上；所述太赫兹空芯光纤2的所述第一端面2a、一个所述四维调整架6、所述第一气室壁5a共同形成封闭结构；所述太赫兹空芯光纤2的所述第二端面2b、另一个所述四维调整架6、所述第二气室壁5b共同形成封闭结构。一个所述四维调整架6用于调节所述第一端面2a的竖直方向、水平方向、俯仰角或偏航角，另一个所述四维调整架6用于调节所述第二端面2b的竖直方向、水平方向、俯仰角或偏航角。
所述透镜角度调整器7固定在所述气室5的外表面，所述透镜角度调整器7用于调节所述透镜4的自转角度。
所述进气口8、所述出气口9均设置在所述气室5上，所述进气口8和所述出气口9均设置有控制阀，所述进气口8和所述出气口9分别用于对所述气室5进行充气和放气。
下面对本发明做进一步的说明。
泵浦光经过所述第一窗口镜1后，由所述透镜4的所述第一表面4a对泵浦光进行反射进入所述太赫兹空芯光纤2的所述第一端面2a，耦合到太赫兹激光器谐振腔内。
所述第一窗口镜1镶嵌在所述第五气室壁5e上，同气室壁共同形成气室封闭结构，所述第一窗口镜1设置有泵浦光增透膜，所述泵浦光增透膜的透过率大于95％，优选地，大于99％。
具体的，所述第一窗口镜1由znse、caf、金刚石等中红外高透材料制作而成。
参阅图4，所述透镜4包括所述第一表面4a和所述第二表面4b，所述透镜4的所述第一表面4a和所述第二表面4b之间相互平行，所述透镜4的表面与所述太赫兹空芯光纤2的端面具有预设夹角。所述透镜4的所述第一表面4a设置有泵浦光高反膜4c和太赫兹增透膜4e，所述太赫兹增透膜4e设置于所述第一表面4a和所述泵浦光高反膜4c之间；所述第二表面4b设置有太赫兹部分反射膜4d，太赫兹泵浦光经所述泵浦光高反膜4c反射后进入所述太赫兹空芯光纤2内，所述太赫兹空芯光纤2内的部分太赫兹激光经所述太赫兹部分反射膜4d输出，部分太赫兹激光经过所述透镜4，再次经过所述太赫兹空芯光纤2的所述第一端面2a进入所述太赫兹空芯光纤2内。所述透镜4的表面通过反射的方式，将太赫兹激光器泵浦光注入至所述太赫兹空芯光纤2中，同时可以将太赫兹激光从环行腔结构的太赫兹气体激光器谐振腔(包括环行的太赫兹空芯光纤2)中输出，能够降低太赫兹激光器的损耗，提高光光转换效率。
具体的，所述太赫兹空芯光纤2包括空芯波导，空芯波导可由聚碳酸酯和石英玻璃管制作而成。参阅图3，所述太赫兹空芯光纤2的内壁镀有的膜层2c，所述膜层2c为对太赫兹激光和太赫兹激光器泵浦光具有高反射率的膜层，所述膜层2c的厚度为0.5～0.7um，所述太赫兹空芯光纤2的管径范围为1～10mm。
具体的，所述太赫兹增透膜4e的透过率和所述泵浦光高反膜4c的反射率均大于95％，优选地，大于99％；所述太赫兹部分反射膜4d的反射率可以根据需求选取，例如反射率可以为20％。
具体的，所述太赫兹气体激光器增益气体经由所述气室5进入所述太赫兹空芯光纤2的内部，且所述太赫兹空芯光纤2、所述气室5的气压一致。
所述第一气室壁5a设置有所述进气口8，所述第二气室壁5b设置有所述出气口9。
所述第二窗口镜3镶嵌在所述第六气室壁5f上，同气室壁共同形成气室封闭结构，所述第二窗口镜3设置有太赫兹增透膜，所述太赫兹增透膜的透过率大于95％，优选地，大于99％。
具体的，所述第二窗口镜3由石英晶体、tpx、金刚石等thz高透材料制作而成；所述透镜4由石英晶体、tpx、金刚石等thz高透材料制作而成。
所述四维调整架6包括：第一平台6a、第一滑行导轨6b、第一平台位移调节旋钮6c、第二平台6d、第二滑行导轨6e、第二平台位移调节旋钮6f、第三平台6g、平台固定弹簧6h、平台固定器6i、第一固定平台6j、第一平台角度调节旋钮6k、第二平台角度调节旋钮6l和真空隔离橡胶6m。
具体的，请参阅图2、图6、图7，所述太赫兹空芯光纤2的第一端面2a通过封帽技术嵌套在所述四维调整架6的所述第一平台6a上；所述第一平台6a通过所述第一滑行导轨6b与所述第二平台6d相互连接，所述第一平台6a通过所述第一平台位移调节旋钮6c在以所述第二平台6d作为参考物的水平方向做平移运动；所述第二平台6d通过所述第二滑行导轨6e与所述第三平台6g相互连接，所述第二平台6d通过所述第二平台位移调节旋钮6f在以所述第三平台6g为参考物的竖直方向做平移运动；所述第三平台6g通过所述平台固定弹簧6h、所述平台固定器6i与所述第一固定平台6j相互连接，通过所述第一平台角度调节旋钮6k对所述第三平台6g的俯仰角进行调节，通过所述第二平台角度调节旋钮6l对所述第三平台6g的偏航角进行调节；所述第一固定平台6j镶嵌在气室壁中(例如镶嵌在所述第一气室壁5a中)，所述第一固定平台6j镶嵌在气室壁的部分通过所述真空隔离橡胶6m与所述第一平台6a形成封闭结构，进而，所述第一气室壁5a、所述第一固定平台6j、所述真空隔离橡胶6m、所述第一平台6a、所述太赫兹空芯光纤2的所述第一端面2a形成封闭结构。
具体的，两个所述四维调整架6(分别记为第一四维调整架和第二四维调整架)的结构相同。且所述第一四维调整架加持的所述第一端面2a与所述第二四维调整架加持的所述第二端面2b平行。
所述透镜角度调整器7固定安置在所述气室5的外表面，通过调节所述透镜角度调整器7带动位于所述气室5内部的所述透镜4的角度发生改变。
具体的，所述透镜角度调整器7包括第二固定平台7a、旋转台7b、磁铁7c和角度旋钮7d。所述透镜4为矩形结构，所述透镜4靠近所述第三气室壁5c的表面为第三表面4f，所述透镜4靠近所述第四气室壁5d的表面为第四表面4g，所述第三表面4f和所述第四表面4g上均镶嵌有磁性材料4h。
具体的，请参阅图8，所述透镜4固定在所述气室5中，绕中轴做自转运动，自转轴(即中轴)的两端分别位于在所述第三气室壁5c和所述第四气室壁5d的中心，且所有的气室壁均保持密封结构。所述第三表面4f、所述第四表面4g中轴两侧镶嵌有铁、钴、镍等磁性材料4h；所述透镜角度调整器7的所述第二固定平台7a通过胶粘的方式固定在所述第三气室壁5c的外表面，所述旋转台7b固定于所述第二固定平台7a中，所述旋转台7b的中心与所述第三气室壁5c的中心重合，所述磁铁7c镶嵌在所述旋转台7b中，所述磁铁7c为矩形结构，并且所述磁铁7c关于所述旋转台7b的中心对称安置。所述角度旋钮7d控制所述旋转台7b的旋转角度，进而控制所述磁铁7c的旋转角度，进而控制所述透镜4的自转角度。
本发明实施例提供的一种太赫兹气体激光器至少包括如下技术效果：
本发明提供的太赫兹气体激光器，采用环行腔结构谐振腔作为太赫兹气体激光器谐振腔，实现太赫兹激光器泵浦光高效耦合以及太赫兹激光高效输出，谐振腔型结构简单，便宜调节。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
1.一种太赫兹气体激光器，其特征在于，包括：气室、太赫兹空芯光纤、透镜、第一窗口镜、第二窗口镜；
所述气室为立方体结构，包括左右平行设置的第一气室壁和第二气室壁、上下平行设置的第三气室壁和第四气室壁、前后平行设置的第五气室壁和第六气室壁；
所述太赫兹空芯光纤包括第一端面和第二端面；所述第一端面设置在所述第一气室壁上，所述第二端面设置在所述第二气室壁上；
所述透镜的上下两端分别安装于所述第三气室壁和所述第四气室壁上，并能够绕中轴转动；所述透镜靠近所述第一气室壁的表面为第一表面，所述透镜靠近所述第二气室壁的表面为第二表面，所述第一表面和所述第二表面之间互相平行；所述透镜设置于所述第一端面和所述第二端面之间，所述第一表面与所述第一端面之间具有第一缝隙，所述第二表面与所述第二端面之间具有第二缝隙；
所述第一窗口镜设置在所述第五气室壁上，所述第二窗口镜设置在所述第六气室壁上；
所述气室、所述太赫兹空芯光纤、所述第一缝隙和所述第二缝隙中均有太赫兹气体激光器增益气体；
泵浦光经过所述第一窗口镜后入射至所述透镜的所述第一表面，所述第一表面将所述泵浦光反射至所述太赫兹空芯光纤的所述第一端面，并进入所述太赫兹空芯光纤内；所述太赫兹空芯光纤内的太赫兹激光经所述第二端面输出，经所述第二端面输出的部分太赫兹激光经所述透镜的所述第二表面反射后通过所述第二窗口镜输出，经所述第二端面输出的另一部分太赫兹激光经所述透镜的所述第二表面透射后通过所述第一端面进入所述太赫兹空芯光纤。
2.根据权利要求1所述的太赫兹气体激光器，其特征在于，还包括：四维调整架；
两个所述四维调整架分别镶嵌在所述第一气室壁和所述第二气室壁上；所述太赫兹空芯光纤的所述第一端面、一个所述四维调整架、所述第一气室壁共同形成封闭结构；所述太赫兹空芯光纤的所述第二端面、另一个所述四维调整架、所述第二气室壁共同形成封闭结构；
一个所述四维调整架用于调节所述第一端面的竖直方向、水平方向、俯仰角或偏航角，另一个所述四维调整架用于调节所述第二端面的竖直方向、水平方向、俯仰角或偏航角。
3.根据权利要求1所述的太赫兹气体激光器，其特征在于，还包括：透镜角度调整器；
所述透镜角度调整器固定在所述气室的外表面，所述透镜角度调整器用于调节所述透镜的自转角度。
4.根据权利要求1所述的太赫兹气体激光器，其特征在于，还包括：进气口、出气口；
所述进气口、所述出气口均设置在所述气室上，所述进气口和所述出气口均设置有控制阀，所述进气口和所述出气口分别用于对所述气室进行充气和放气。
5.根据权利要求1所述的太赫兹气体激光器，其特征在于，所述透镜的所述第一表面设置有泵浦光高反膜和太赫兹增透膜，所述太赫兹增透膜设置于所述第一表面和所述泵浦光高反膜之间；所述第二表面设置有太赫兹部分反射膜。
6.根据权利要求2所述的太赫兹气体激光器，其特征在于，所述四维调整架包括：第一平台、第一滑行导轨、第一平台位移调节旋钮、第二平台、第二滑行导轨、第二平台位移调节旋钮、第三平台、平台固定弹簧、平台固定器、第一固定平台、第一平台角度调节旋钮、第二平台角度调节旋钮和真空隔离橡胶；
所述太赫兹空芯光纤的每一个端面分别嵌套在一个所述四维调整架的所述第一平台上，所述第一平台通过所述第一滑行导轨与所述第二平台相互连接，所述第一平台通过所述第一平台位移调节旋钮在以所述第二平台作为参考物的水平方向做平移运动；所述第二平台通过所述第二滑行导轨与所述第三平台相互连接，所述第二平台通过所述第二平台位移调节旋钮在以所述第三平台为参考物的竖直方向做平移运动；所述第三平台通过所述平台固定弹簧、所述平台固定器与所述第一固定平台相互连接，通过所述第一平台角度调节旋钮对所述第三平台的俯仰角进行调节，通过所述第二平台角度调节旋钮对所述第三平台的偏航角进行调节；所述第一固定平台镶嵌在气室壁中，所述第一固定平台镶嵌在气室壁的部分通过所述真空隔离橡胶与所述第一平台形成封闭结构。
7.根据权利要求3所述的太赫兹气体激光器，其特征在于，所述透镜角度调整器包括：第二固定平台、旋转台、磁铁和角度旋钮；
所述透镜靠近所述第三气室壁的表面为第三表面，所述透镜靠近所述第四气室壁的表面为第四表面，所述第三表面和所述第四表面上均镶嵌有磁性材料；
所述第二固定平台固定在气室壁的外表面，所述旋转台固定于所述第二固定平台中，所述旋转台的中心与所述第二固定平台所固定的气室壁的中心重合，所述磁铁镶嵌在所述旋转台中，通过所述角度旋钮控制所述旋转台的旋转角度，以调节所述透镜的自转角度。
8.根据权利要求1所述的太赫兹气体激光器，其特征在于，所述第一窗口镜设置有泵浦光增透膜，所述第二窗口镜设置有太赫兹增透膜。
9.根据权利要求1所述的太赫兹气体激光器，其特征在于，所述太赫兹空芯光纤包括空芯波导，所述太赫兹空芯光纤的内壁镀有膜层。
技术总结