[發明專利]一種基于緊湊型加速器的相干太赫茲輻射產生裝置及方法

有效

• 申請號: 202111217027.2
• 申請日: 2021-10-19
• 公開（公告）號: CN113948945B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 馮超;方文程;張開慶;劉波;趙振堂
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: H01S1/00
• 分類號: H01S1/00;H05H9/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 楊怡清

本發明提供一種基于緊湊型加速器的相干太赫茲輻射產生裝置，其超快激光器設置為產生超快激光脈沖；超快激光器、第一分束片和第一反射鏡沿著光路走向依次排布于第一軸線上，第一分束片和緊湊型注入器沿光路走向依次排布，且第一反射鏡、脈沖展寬與分束系統、激光調制系統沿光路走向依次排布；緊湊型注入器產生高能電子束，緊湊型注入器、激光調制系統、太赫茲輻射系統沿著高能電子束的傳輸方向依次排布，且位于同一水平面上。本發明還提供相應的相干太赫茲輻射產生方法。本發明的相干太赫茲輻射產生裝置利用脈沖展寬與分束系統以及激光調制系統來實現高能電子束的有效調制，能夠產生高脈沖強度、全太赫茲波段可連續調諧的相干太赫茲輻射。

技術領域

本發明屬于太赫茲光學儀器領域，具體涉及一種基于緊湊型加速器的相干太赫茲輻射產生裝置及方法。

背景技術

太赫茲頻段位于微波和紅外光之間，在物理、化學、生物、信息等基礎科研領域和材料、通訊、安全檢測等技術領域都具有十分廣泛的應用前景。由于太赫茲輻射介于常規光學和微波之間，受材料限制，基于常規的微波技術手段和光學手段都較難產生太赫茲輻射。近些年來隨著超快激光技術的不斷進步使得太赫茲輻射獲得了快速的發展，然而目前基于超快激光的相關太赫茲產生方法的輻射功率還較低，波長調節范圍也較小。

目前頻率可調諧、相干太赫茲光源已經成為太赫茲領域一個重要發展方向。采用加速器驅動的同步輻射光源可以產生太赫茲輻射。

其中，基于儲存環的加速器可以產生非相干太赫茲輻射，然而基于儲存環產生的太赫茲輻射脈沖強度低。

另外一種方法是采用直線加速器將電子束加速至相對論能量，之后將此電子束送入到波蕩器或是光學諧振腔中產生同步輻射，然而目前基于直線加速器的太赫茲光源規模一般較大，且難以實現全相干太赫茲輻射的產生和其中心波長的連續調節。具體來說，這種基于直線加速器產生太赫茲輻射的方法的缺點在于：1)沒有高增益過程，輻射強度低；2)現有的產生太赫茲輻射的方法中，太赫茲輻射的頻率可調諧，且一般通過調節電子束的能量和波蕩器的磁間隙來調節頻率，但是可調節的頻率范圍較窄，一般在0.3-幾太赫茲的范圍；3)相干性差，具體來說，現有技術一般采用一般的波蕩器輻射和彎鐵輻射，其相干性差；4)現有技術中太赫茲光源一般規模較大。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于緊湊型加速器的相干太赫茲輻射產生裝置及方法，以產生高功率、高相干性和頻率范圍連續可調的太赫茲輻射。

為了實現上述目的，本發明提供一種基于緊湊型加速器的相干太赫茲輻射產生裝置，包括一緊湊型注入器、一激光調制系統、一太赫茲輻射系統、一超快激光器、一脈沖展寬與分束系統、第一分束片和第一反射鏡；所述超快激光器設置為產生超快激光脈沖；所述超快激光器、第一分束片和第一反射鏡沿著光路走向依次排布于第一軸線上，所述第一分束片和緊湊型注入器沿光路走向依次排布，且所述第一反射鏡、脈沖展寬與分束系統以及激光調制系統沿光路走向依次排布；所述緊湊型注入器設置為產生高能電子束，所述緊湊型注入器、激光調制系統、太赫茲輻射系統沿著高能電子束的傳輸方向依次排布，且位于同一水平面上。

所述緊湊型注入器為光陰極注入器，包括光陰極電子槍和位于光陰極電子槍下游的C波段或X波段的加速結構；且在所述緊湊型注入器出口處的高能電子束的動能在6兆電子伏特至70兆電子伏特之間。

所述超快激光器設置為產生30至200飛秒的超快激光脈沖，所述第一分束片設置為將所述超快激光脈沖分為第一路超快激光和第二路超快激光，所述緊湊型注入器設置為在收到注入的第一路超快激光時產生高能電子束，所述脈沖展寬與分束系統設置為根據第二路超快激光產生調制的太赫茲波段的雙脈沖激光。

所述脈沖展寬與分束系統包括沿第二路超快激光所在軸線依次排布的第二分束片、可調延時器和第二反射鏡，以及沿著另一軸線依次排布的第三反射鏡、合束片和脈沖展寬器，且所述第二分束片和第三反射鏡沿光路的走向依次排布，所述第二反射鏡和合束片沿光路的走向依次排布。