[發明專利]一種雙模式高品質因子微波介質諧振腔裝置

在審

• 申請號: 202310242961.2
• 申請日: 2023-03-14
• 公開（公告）號: CN116345106A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 張博;武宏亮;吳昊;趙清
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01P7/06
• 分類號: H01P7/06
• 代理公司: 北京商專永信知識產權代理事務所(普通合伙) 11400
• 代理人: 時寅

本發明提供了一種雙模式高品質因子微波介質諧振腔實現方法和裝置。該諧振腔由底座、側板、推板、頂蓋、支架和微波介電材料環，在腔內可同時產生兩種不同頻率的諧振模式。該發明可被用于室溫零場條件下的連續模式微波激射器制造及其研究。

技術領域

本發明涉及微波介質諧振腔技術領域，尤其涉及一種雙模式高品質因子微波介質諧振腔。

背景技術

諧振腔是一種能讓一定頻率電磁波在金屬空腔內振蕩的裝置，該頻率與諧振腔的幾何形狀、尺寸和材料有著密切的關系。一般來講低頻諧振腔的尺寸都較大，而在空腔內部添加高介電常數介質材料，便可以很方便地實現低頻諧振腔的小型化及高品質因子特性。

依賴于諧振腔的微波激射技術近年來取得進步。室溫零場固態微波激射技術利用新型固態增益介質——并五苯摻雜對三聯苯晶體與新型諧振腔結構，實現了頻率在1.45GHz左右的脈沖式微波激射信號。動力學過程如圖1所示，使用波長590nm的泵浦光讓增益介質中處于自旋單重態S₀的分子躍遷到激發態S₁態上，再經系間竄越躍遷到自旋三重態T₁，在零場下T₁態會劈裂為T_X、T_Y、T_Z三態，三態電子布居數比例為0.76:0.16:0.08，從而實現較大的粒子數反轉。其中，T_X與T_Z態之間的共振躍遷頻率為1.45GHz，與所使用的諧振腔諧振頻率相同，誘導受激輻射，產生脈沖式微波激射信號。同時，T_X、T_Y、T_Z三態會向S₀態發生無輻射躍遷，零場下三態的躍遷速率分別為28000s^-1、6000s^-1、2000s^-1，而在受激輻射后電子大部分處于T_Z態上，躍遷回基態的速率小于其余兩態，因此系統不利于產生新一輪循環，導致微波激射信號無法實現連續模式。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提出一種雙模式高品質因子微波介質諧振腔裝置。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：設計新的諧振腔結構，在產生1.45GHz共振模式的同時，額外在腔內相同區域產生1.344GHz的共振模式，恰好為T_Z與T_Y之間的共振躍遷頻率，并向腔內輸入相同頻率的微波，讓處于T_Z態的電子躍遷到T_Y態，以更快的速率躍遷回基態S₀，從而實現能級循環。進一步地，本發明的雙模式高品質因子微波介質諧振腔裝置實現方法，包括：

使用波長590nm連續式激光持續照射摻雜并五苯的對三聯苯樣品，使基態分子躍遷至S₁激發態；約62.5％激發態分子會因自旋軌道耦合躍遷至T₂態，該過程的高度自旋選擇性導致了電子布居數在T_X、T_Y、T_Z三態間的非玻爾茲曼分布，即0.76:0.16:0.08。T₂態隨即迅速演化至T₁態，并保持三態間的布居數比例不變；高度極化的樣品放置于雙模式諧振腔內，該腔體產生的1.45GHz與1.344GHz的共振模式共同作用，T_X與T_Z間以及T_Z與T_Y間的受激躍遷同時發生，產生連續微波激射信號。

在本發明所述的諧振腔中，腔體包括一個底座、兩個側板、兩個推板、一個頂蓋、支架、微波介質環。

在本發明所述的諧振腔中，所述底座、側板、頂蓋由高純度金屬制成。

在本發明所述的諧振腔中，所述每一個側板包含一個推板固定孔。

在本發明所述的諧振腔中，其特征在于，所述底座包含至少一個支架固定孔。