技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于dnp-nmr的太赫茲準(zhǔn)高斯波束傳輸聚束系統(tǒng)，屬于高功率太赫茲波傳輸技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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核磁共振(nuclearmagneticresonance,nmr)是磁矩不為零的原子核，在外磁場(chǎng)作用下自旋能級(jí)發(fā)生塞曼分裂，共振吸收某一特定頻率電磁輻射的物理過(guò)程。由于核磁共振譜的高分辨率，作為一種譜分析方法，核磁共振已廣泛用于物理、化學(xué)、材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。核磁共振信號(hào)強(qiáng)度與高能級(jí)和低能級(jí)上的粒子數(shù)之差δn成正比，但是，由于核自旋能級(jí)的間隔很小，幾乎是所有類(lèi)型的吸收光譜中能級(jí)間隔最小的。隨著檢測(cè)的分子變大，單位體積內(nèi)目標(biāo)原子的數(shù)量減少，核磁共振靈敏度隨之降低。與紫外光譜、紅外光譜、順磁共振等相比，常規(guī)核磁共振波譜的靈敏度是很低的，所以靈敏度對(duì)這一技術(shù)能否成功推廣至關(guān)重要。

動(dòng)態(tài)核極化(dynamicnuclearpolarization,dnp)是核磁共振波譜學(xué)中的一種重要手段。動(dòng)態(tài)核極化是一種將電子自旋共振和核磁共振相結(jié)合的技術(shù),它能使核自旋能級(jí)粒子數(shù)之差δn大大增加，因此核磁共振信號(hào)強(qiáng)度也大大增強(qiáng)。電磁波驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)核極化是一種公認(rèn)的增強(qiáng)固態(tài)/液態(tài)核磁共振波譜和成像信號(hào)的有效方法，提高磁場(chǎng)強(qiáng)度可以增大能級(jí)間隔，增大自旋能級(jí)粒子數(shù)差δn，從而提高核磁共振的靈敏度。

提高磁場(chǎng)強(qiáng)度可以增大能級(jí)間隔，增大自旋能級(jí)粒子數(shù)差δn，從而提高核磁共振的靈敏度。現(xiàn)代核磁共振波譜技術(shù)正在向高場(chǎng)方向發(fā)展?；陔娮踊匦芗ぽ椛湓戆l(fā)展起來(lái)的快波回旋器件——太赫茲回旋管，被用作dnp-nmr的太赫茲輻射源。同時(shí)，為了與傳輸線匹配提高耦合效率，要求輻射源的輸出場(chǎng)分布是理想的或者是接近理想的自由空間高斯分布。

dnp-nmr系統(tǒng)所需的太赫茲波頻帶很窄，其傳輸線可以近似為單頻傳輸。一種常用的結(jié)構(gòu)是使用過(guò)模波紋波導(dǎo)來(lái)傳輸準(zhǔn)高斯模式，它具有顯著的低損耗特點(diǎn)。因?yàn)闃悠酚邢薜目臻g限制，傳輸系統(tǒng)的末端需要把能量從一個(gè)半徑較大的波紋波導(dǎo)饋入一個(gè)半徑較小的波紋波導(dǎo)中傳輸，實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程需要一光學(xué)反射鏡組，它將準(zhǔn)高斯波束聚焦后傳輸?shù)絥mr采樣器中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是對(duì)現(xiàn)有dnp-nmr系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，提供一種實(shí)現(xiàn)太赫茲波束傳輸、聚束并實(shí)現(xiàn)校正的系統(tǒng)，它連接在dnp-nmr系統(tǒng)中一個(gè)半徑較大的波紋波導(dǎo)的輸出端，由一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物反射鏡和一個(gè)相位校正鏡組成，前者實(shí)現(xiàn)波束的聚焦，后者進(jìn)行相位校正，從而輸出符合nmr樣品所需的準(zhǔn)高斯波束。

本發(fā)明的目的有以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)：

光學(xué)反射鏡組由一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物反射鏡和一個(gè)相位校正鏡組成。

入射準(zhǔn)高斯波束平行于拋物反射鏡軸線方向。

經(jīng)旋轉(zhuǎn)拋物反射鏡反射的波束的軸線方向與相位校正鏡的法線方向成特定角度。

相位校正鏡的法線方向與輸出窗方向成相同的特定角度，讓波束進(jìn)入輸出窗并且與入射波束方向平行。

相位校正鏡上有微擾。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

輸出模式是線極化準(zhǔn)高斯模式，使用過(guò)模波紋波導(dǎo)和反射鏡進(jìn)行傳輸，具有很低的損耗。

聚焦后的波束經(jīng)相位校正鏡后具有很高的矢量高斯成分，能夠很好地耦合到半徑較小的波紋波導(dǎo)中，傳輸效率高。

附圖說(shuō)明：

圖1為實(shí)現(xiàn)太赫茲準(zhǔn)高斯波束傳輸聚束系統(tǒng)的右側(cè)視圖。

圖2為實(shí)現(xiàn)太赫茲準(zhǔn)高斯波束傳輸聚束系統(tǒng)的左側(cè)視圖。

圖3為相位校正鏡示意圖(單位為米)。

圖中：

1底座，2相位校正鏡支架，3相位校正鏡，4輸入波紋波導(dǎo)，5旋轉(zhuǎn)拋物鏡支架，6旋轉(zhuǎn)拋物反射鏡，7輸出波紋波導(dǎo)。

具體實(shí)施方式:

如圖1所示，實(shí)現(xiàn)太赫茲準(zhǔn)高斯波束傳輸聚束系統(tǒng)主要是由底座1，相位校正鏡支架2，相位校正鏡3，輸入波紋波導(dǎo)4，旋轉(zhuǎn)拋物鏡支架5，旋轉(zhuǎn)拋物反射鏡6和輸出波紋波導(dǎo)7組成。相位校正鏡支架2與相位校正鏡3相連并固定在底座1上，相位校正鏡支架2上端開(kāi)有弧形槽與輸入波紋波導(dǎo)4相接，用于固定半徑交大的波紋波導(dǎo)；旋轉(zhuǎn)拋物鏡支架5與旋轉(zhuǎn)拋物反射鏡6相連并固定在底座1上，旋轉(zhuǎn)拋物鏡支架5下端開(kāi)有圓孔，用于固定輸出波紋波導(dǎo)7。旋轉(zhuǎn)拋物反射鏡3是取自完整的旋轉(zhuǎn)拋物鏡的一部分，它接收來(lái)自輸入波紋波導(dǎo)1的波束，波束經(jīng)旋轉(zhuǎn)拋物反射鏡3反射和聚焦之后入射到相位校正鏡4上，經(jīng)過(guò)相位校正后波束入射到輸出波紋波導(dǎo)7中。

具體實(shí)施方式為，準(zhǔn)高斯模式的電磁波經(jīng)過(guò)模波紋波導(dǎo)傳輸，通過(guò)輸入波紋波導(dǎo)4輻射到自由空間，經(jīng)旋轉(zhuǎn)拋物反射鏡6反射和聚焦后，在相位校正鏡3處形成有一定相位差的波束，經(jīng)相位校正鏡3調(diào)整波束的相位分布后，波束截面的相位差被消除，從而最終在輸出波紋波導(dǎo)7處形成的波束能夠在相位和場(chǎng)強(qiáng)度兩方面都符合高斯分布的要求，能夠很好地耦合到符合nmr樣品直徑的波紋波導(dǎo)中。

底座長(zhǎng)90mm，寬56mm，高2mm；相位校正鏡支架高80mm；相位校正鏡長(zhǎng)寬均為35mm，斜靠的底座長(zhǎng)25mm，寬12mm，相位校正鏡支架距底座邊緣2.5mm；旋轉(zhuǎn)拋物鏡支架高35mm，寬25mm；旋轉(zhuǎn)拋物反射鏡高90mm，下緣與旋轉(zhuǎn)拋物鏡支架相接；波紋波導(dǎo)輸入窗為一開(kāi)孔，位于旋轉(zhuǎn)拋物鏡支架正中，內(nèi)徑8mm，中心位置距底座15mm。輸入的工作模式為線極化模式he11模式，經(jīng)計(jì)算，模式轉(zhuǎn)換效率分別為99.37％，束腰半徑分別為6.0mm和1.65mm，標(biāo)量高斯成分98.85％，矢量高斯成分96.30％。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
該發(fā)明為一種實(shí)現(xiàn)太赫茲波束傳輸和聚束的系統(tǒng)，其特點(diǎn)是它由波紋波導(dǎo)的輸入/輸出窗口、旋轉(zhuǎn)拋物反射鏡、相位校正鏡組成。該發(fā)明中準(zhǔn)高斯模式經(jīng)過(guò)模波紋波導(dǎo)傳輸，通過(guò)波紋波導(dǎo)輸入端輻射到自由空間，旋轉(zhuǎn)拋物反射鏡接收這個(gè)準(zhǔn)高斯波束，經(jīng)聚焦反射后，波束入射到相位校正鏡處調(diào)整相位分布，波束截面的相位差被消除，從而形成能夠在相位和場(chǎng)強(qiáng)度兩方面都符合高斯分布的波束，它能很好地耦合到輸出窗對(duì)應(yīng)的波紋波導(dǎo)中。

技術(shù)研發(fā)人員：劉頔威;沈皓;宋韜;王維
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.04
技術(shù)公布日：2017.10.20