[發(fā)明專利]千赫茲重頻高能太赫茲發(fā)生裝置

有效

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• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110212394B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設計）人: 丁營營;田野;周楚亮;劉建勝
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02;B65H49/18;B65H51/08;B65H54/02
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發(fā)明設計了一種千赫茲重頻高能太赫茲產生裝置，包括：金屬絲纏繞固定結構、金屬絲傳動結構和固定機架。其中利用千赫茲重頻飛秒激光與直徑毫米量級的金屬絲相互作用，該過程可產生太赫茲輻射；通過電機控制傳動金屬絲可以得到連續(xù)穩(wěn)定的太赫茲輸出。本發(fā)明設計的金屬絲纏繞固定結構，能夠實現長時間穩(wěn)定連續(xù)旋轉，并且磨損后可更換，進一步提高了結構的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，能夠得到高能、穩(wěn)定、連續(xù)的太赫茲輻射輸出是本發(fā)明的最大優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及太赫茲輻射產生，具體涉及一種千赫茲重頻高能太赫茲產生裝置。

背景技術

太赫茲輻射通常是指跨越0.1-10THz的頻帶，其位于電磁波譜的微波和紅外區(qū)域之間。由于缺乏有效的光源和探測器，電子和光子學之間的這種“太赫茲gap”直到20世紀80年代的物理學進展之前仍未被探索。隨著科學技術的進步發(fā)展，人類迫切需要合適的太赫茲源來進行各種各樣的科學研究。

近幾十年，太赫茲及其相關研究領域一直是科學家們研究的熱點，太赫茲的應用十分廣泛，從軍事、安保、生物醫(yī)學成像到化學研究和空間通訊等等無處不展現了太赫茲巨大的應用價值。由于其特殊的非電離特性，太赫茲可以輕松穿透幾毫米的生物組織而不產生損傷，而且在未來有望替代X射線進行生物成像等相關研究。

目前，主要通過自由電子激光受激輻射、回旋加速器發(fā)射或者電光晶體的非線性轉換來產生太赫茲源。然而，目前通過相對論電子束線產生自由電子激光的裝置十分龐大，比如直線加速器，長度高達幾百米甚至公里量級制造成本高昂；利用電子在回旋加速器的磁場條件苛刻，磁場強度需要達到幾十特斯拉量級，才能滿足其回旋共振條件；基于激光在非線性晶體中的光整流效應從而產生的太赫茲輻射強度很低，主要原因是受限于非線性晶體的低損傷閾值，激光極易打壞晶體。因此設計一個高能太赫茲發(fā)生裝置具有重要的意義和應用價值。

有研究表明，利用一束超強超短激光入射微米級直徑金屬絲靶，通過激光與等離子體的相互作用產生定向的高能電子發(fā)射，同時基于電荷分離在金屬絲上瞬間產生一個極強的徑向瞬態(tài)電場。該電場導引沿金屬絲方向附近發(fā)射的大量高能電子沿金屬絲傳輸并進行周期性的螺旋運動——相當于電子書在一微型波蕩器中的螺旋運動，這種運動產生了強THz輻射。通過改變金屬絲的直徑可以改變徑向電場的強度，從而改變波蕩器的周期，獲得頻率可調諧的近單周期寬帶太赫茲輻射。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是克服上述現有缺陷，設計了一種千赫茲重頻高能太赫茲產生裝置，不僅能夠解決目前太赫茲輻射強度低的問題，而且具有穩(wěn)定性高，可移動，結構緊湊，制作簡單，操作方便等優(yōu)點。

本發(fā)明采取的技術方案如下：

一種千赫茲重頻高能太赫茲產生裝置，其特點在于，包括金屬絲纏繞固定結構、金屬絲傳動結構和固定機架；

所述的固定機架由兩塊互相平行的底座和連接這兩塊底座的底板組成，在所述的底板上方設有貫穿該底板的激光入射孔；

所述的金屬絲纏繞固定結構固定在底板一側，包括主動輪、第一從動輪、第二從動輪、放線輪、收線輪和金屬絲，所述的主動輪和第一從動輪位于激光入射孔的兩側，且上表面在處于同一水平線上，以確保傳輸過程中金屬絲保持水平沒有上下抖動，所述的第二從動輪位于主動輪的偏左下方，以確保太赫茲輻射的出射方向，所述的金屬絲的一端固定在收線輪上，另一端依次經第二從動輪、主動輪、第一從動輪與放線輪相連；

所述的金屬絲傳動結構固定在底板另一側，包括主動輪驅動帶輪、電機驅動帶輪、皮帶和過載保護機構，所述的主動輪驅動帶輪與主動輪同軸，過載保護機構與收線輪同軸；

在所述的底板上還設有電機，該電機的驅動軸與電機驅動帶輪相連，電機驅動帶輪通過皮帶帶動主動輪驅動帶輪和過載保護機構轉動，進而使主動輪和收線輪同源驅動，從而帶動第二從動輪、第一從動輪與放線輪同步轉動，最終使金屬絲勻速運動。

通過調節(jié)步進電機控制電機驅動帶輪的轉速，進而控制整體轉速。