專利名稱:一種便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，包括太赫茲波導(dǎo)、容器、容器蓋子、固定件、半球透鏡、加熱電阻、低溫溫度計、BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源和電極板；所述的容器蓋子將固定件封裝在容器內(nèi)；所述的半球透鏡設(shè)在固定件中心，在半球透鏡的背面的中心處設(shè)BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源，在固定件上緊臨半球透鏡黏貼加熱電阻、低溫溫度計和電極板；電極板的四個電極、加熱電阻的兩個電極和低溫溫度計的兩個電極通過漆包線經(jīng)過容器引到外部；所述BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源的電極通過金線與電極板相連；所述的太赫茲波導(dǎo)插入容器的深度，恰好接觸到固定件中心的半球透鏡的半球面。該便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，體積小巧，簡單易用，成本低，方便攜帶和移動；可用電池驅(qū)動，系統(tǒng)簡單，使用方便，降溫速度快。
【專利說明】一種便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲發(fā)生器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電池驅(qū)動的可直接浸泡在液氮中工作的便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器。

【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲(terahertz，通常簡稱THz)波，通常是指頻率在0.1THz至1THz之間的電磁波，其中，lTHz=1000GHz。太赫茲波具有光子能量低、時空相干性高、特征頻譜等特點，因此其在天文、生物、計算機、通信等科學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]根據(jù)交流約瑟夫森效應(yīng)，I PY的直流電壓可以產(chǎn)生頻率高達484MHz的振蕩，通過改變結(jié)兩端的直流電壓就可以連續(xù)調(diào)節(jié)結(jié)內(nèi)超流振蕩的頻率，因此超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)是一種理想的電壓-頻率轉(zhuǎn)換器，可以用于制造太赫茲源。2007年美國、土耳其和日本的研宄者合作，在高溫超導(dǎo)體Bi2Sr2CaCu208+s (BSCCO)上經(jīng)微加工工藝形成了平臺狀的600個結(jié)串聯(lián)的約瑟夫森結(jié)陣，使串聯(lián)結(jié)陣處于低電流偏置狀態(tài)，并通過熱輻射測量儀探測到了外延功率達到幾個微瓦量級的THz信號。
[0004]經(jīng)過近些年的發(fā)展，BSCCO-THz源已經(jīng)發(fā)展成為一種連續(xù)波可調(diào)諧的新型固態(tài)THz源，具有易用、連續(xù)波、可調(diào)諧、單色性好、功率高等優(yōu)點。但是作為一種超導(dǎo)器件，BSCCO-THz源需要工作在極低溫環(huán)境(大多是液氦溫區(qū))。傳統(tǒng)的氦流制冷機不僅具有系統(tǒng)復(fù)雜、操作繁瑣、準(zhǔn)備周期長、便攜性差等缺點，而且液氦價格昂貴，實驗成本大，同時機械制冷機的噪音大、不易攜帶、這都對BSCCO-THz源的應(yīng)用產(chǎn)生了巨大阻礙。
實用新型內(nèi)容
[0005]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型的目的在于提供一種便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，克服傳統(tǒng)氦流制冷機和機械制冷機上BSCCO超導(dǎo)太赫茲源系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、不便攜等缺點，具有經(jīng)濟易用，便攜式等特點，滿足使用需求。
[0006]技術(shù)方案:為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，包括太赫茲波導(dǎo)、容器、容器蓋子、固定件、半球透鏡、加熱電阻、低溫溫度計、BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源和電極板；所述的容器蓋子將固定件封裝在容器內(nèi)；所述的半球透鏡設(shè)在固定件中心，在半球透鏡的背面的中心處設(shè)BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源，在固定件上緊臨半球透鏡黏貼加熱電阻、低溫溫度計和電極板；電極板的四個電極、加熱電阻的兩個電極和低溫溫度計的兩個電極通過漆包線經(jīng)過容器引到外部；所述BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源的電極通過金線與電極板相連；所述的太赫茲波導(dǎo)插入容器的深度，恰好接觸到固定件中心的半球透鏡的半球面。
[0008]所述的使用太赫茲波導(dǎo)為不銹鋼管。
[0009]所述的容器、容器蓋子、固定件均為使用無氧銅加工而成。
[0010]所述的容器與容器蓋子的連接方式為螺紋連接，其中，容器為內(nèi)螺紋，容器蓋子為外螺紋。
[0011]所述的半球透鏡的直徑為6_，材質(zhì)為藍(lán)寶石。
[0012]所述的加熱電阻為貼片電阻，阻值為IkQ。
[0013]所述的電極板、加熱電阻和低溫溫度計通過漆包線和排針與外部測試系統(tǒng)相連
[0014]所述的太赫茲發(fā)生器通過排針給BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源提供所需要的電流偏置并測量其兩端電壓，同時也通過排針給加熱電阻和低溫溫度計提供工作電壓。
[0015]在所述的固定件上設(shè)有用于對太赫茲發(fā)生器容器內(nèi)部的溫度進行實時檢測的溫度計。
[0016]所述的便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器的電池驅(qū)動裝置，包括第一變阻器、第二變阻器、電池、開關(guān)、電容、定值電阻、第一端子、第二端子；所述的第一變阻器、第二變阻器、電池、開關(guān)、定值電阻、第一端子串聯(lián)，所述的第二端子與定值電阻并聯(lián)，所述的電容與串聯(lián)后的電池、開關(guān)并聯(lián)。
[0017]本實用新型便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，用導(dǎo)熱性能良好的材料制作成一個可安裝BSCCO超導(dǎo)太赫茲源的密閉容器，直接浸泡于液氮中使其工作，并用波導(dǎo)將產(chǎn)生的THz波導(dǎo)出，而且通過加熱電阻改變工作溫度拓展頻率調(diào)節(jié)帶寬，同時可實現(xiàn)電池驅(qū)動，使整個系統(tǒng)經(jīng)濟實用，小巧輕便，操作簡單，克服了傳統(tǒng)氦流制冷機和機械制冷機的缺點，最終搭建一套經(jīng)濟易用的便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器。
[0018]有益效果:本實用新型的便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，體積小巧，簡單易用，成本低。用電池便可驅(qū)動BSCCO超導(dǎo)太赫茲源輻射連續(xù)可調(diào)的太赫茲波?？煞奖愕膽?yīng)用于各相關(guān)領(lǐng)域。主要的優(yōu)點有:體積小巧，方便攜帶和移動。BSCCO超導(dǎo)太赫茲源所在容器底面圓直徑*高約為4.0cm*2.3cm，電池盒長*寬*高約為8.3cm*6.0cm*3.7cm ;可用電池驅(qū)動，系統(tǒng)簡單，使用方便；通過調(diào)節(jié)偏置電壓即可實現(xiàn)較大范圍連續(xù)頻率調(diào)節(jié)，且不需要外磁場輔助；相較于液氦，液氮價格低廉，大大降低成本；BSCC0超導(dǎo)太赫茲源所在容器直接浸泡在液氮中，降溫速度快。

【附圖說明】

[0019]圖1是太赫茲發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是太赫茲發(fā)生器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是容器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是容器蓋子的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是電池驅(qū)動裝置電路圖。

【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的說明。
[0025]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，使用不銹鋼管作為太赫茲波導(dǎo)1，使用無氧銅加工成容器2、容器蓋子3和固定件4，容器2和容器蓋子3通過螺紋連接(容器2為內(nèi)螺紋，容器蓋子3為外螺紋)；太赫茲波導(dǎo)I插入容器2的深度，應(yīng)使其恰好接觸到固定件4中心的半球透鏡5的半球面。使用無氧銅作為加工材料是因為其導(dǎo)熱性能較好，有利于低溫從外部容器2和容器蓋子3傳導(dǎo)至BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源7。在固定件4上安裝半球透鏡5，該半球透鏡直徑約6mm，材質(zhì)為藍(lán)寶石。在固定件4上，緊挨著半球透鏡5黏貼加熱電阻6、電極板8和低溫溫度計9。該加熱電阻為貼片電阻，阻值為IkQ。該電極板使用PCB覆銅板作為原料加工而成，使用工藝刀將其刻劃成四個獨立電極。電極板8的四個電極、加熱電阻6的兩個電極和低溫溫度計的兩個電極分別用漆包線經(jīng)過容器2上開的兩個小通孔引到外部，再將通孔密封好。將自主研發(fā)的BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源7 (CN103956637A)黏貼在半球透鏡5背面的中心處，BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源7的結(jié)構(gòu)具體如圖2所示，其電極通過金線與電極板8相連。
[0026]工作的時候只要將該太赫茲發(fā)生器主體浸于液氮中(波導(dǎo)口置于液氮液面之上)，便可提供需要的低溫環(huán)境。低溫環(huán)境通過容器2、容器蓋子3、固定件4以及半球透鏡5傳導(dǎo)至BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源7，為其提供工作需要的溫度。BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源7的電極通過金線與電極板8上的電極相連，電極板8、加熱電阻6和低溫溫度計9又通過漆包線和排針與外部測試系統(tǒng)相連。于是可以通過排針給BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源7提供所需要的電流偏置并測量其兩端電壓，同時也可通過排針給加熱電阻6提供工作電壓。另外，還能在樣品旁邊引入能在低溫工作的低溫溫度計9 (例如鉑熱電阻溫度計PT1000)，對太赫茲發(fā)生器容器內(nèi)部的溫度進行實時檢測。當(dāng)用采用電池驅(qū)動時，只需將BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源7所對應(yīng)的排針連接到由電池驅(qū)動的偏置裝置即可。電池驅(qū)動裝置如圖5所示，第一變阻器11實現(xiàn)電壓微調(diào)，第二變阻器12實現(xiàn)電壓粗調(diào)，第一端子13、14接至BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源7的電流輸入和輸出，從而改變電流偏置；第二端子21、22作用是讀取定值電阻電壓值，除以電阻值后得到流過BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源7的電流值；電容的作用是保護BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源7免受電池電壓輸出不穩(wěn)可能帶來的高壓脈沖影響。只要控制BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源7工作的溫度和電流偏置，便可獲得頻率連續(xù)可調(diào)的太赫茲波；控制加熱電阻6的電壓，就可以改變工作溫度，拓展頻率調(diào)節(jié)帶寬。
[0027]本實用新型將裝有BSCCO超導(dǎo)太赫茲源的容器直接侵泡在液氮中達到降溫的目的，該容器輕便小巧、密封性好、導(dǎo)熱良好(降溫速度快)，同時液氮價格相對低廉，成本低。可實現(xiàn)電池驅(qū)動，是整個系統(tǒng)簡單化，操作容易，便于攜帶。以自主研發(fā)的BSCCO超導(dǎo)太赫茲源為核心器件，該源具有發(fā)連續(xù)波、可調(diào)諧、單色性好等優(yōu)點。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，其特征在于:包括太赫茲波導(dǎo)(I)、容器(2)、容器蓋子(3)、固定件(4)、半球透鏡(5)、加熱電阻(6)、BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源(7)、電極板(8)和低溫溫度計(9);所述的容器蓋子(3)將固定件(4)封裝在容器(2)內(nèi)；所述的半球透鏡(5)設(shè)在固定件(4)中心，在半球透鏡(5)的背面的中心處設(shè)BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源(7)，在固定件(4)上緊臨半球透鏡(5)黏貼加熱電阻(6)、電極板(8)和低溫溫度計(9);電極板(8)的四個電極、加熱電阻(6)的兩個電極和低溫溫度計的兩個電極通過漆包線經(jīng)過容器(2)引到外部；所述BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源(7)的電極通過金線與電極板(8)相連；所述的太赫茲波導(dǎo)(I)插入容器(2 )的深度，恰好接觸到固定件(4 )中心的半球透鏡(5 )的半球面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，其特征在于:所述的使用太赫茲波導(dǎo)(I)為不銹鋼管。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，其特征在于:所述的容器(2)、容器蓋子(3)、固定件(4)均為使用無氧銅加工而成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，其特征在于:所述的容器(2)與容器蓋子(3)的連接方式為螺紋連接，其中，容器(2)為內(nèi)螺紋，容器蓋子(3)為外螺紋。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，其特征在于:所述的半球透鏡(5)的直徑為6mm，材質(zhì)為藍(lán)寶石。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，其特征在于:所述的加熱電阻(6)為貼片電阻，阻值為IkQ。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，其特征在于:所述的電極板(8)、加熱電阻(6)和低溫溫度計(9)通過漆包線和排針與外部測試系統(tǒng)相連。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，其特征在于:所述的太赫茲發(fā)生器通過排針給BSCCO高溫超導(dǎo)太赫茲源(7)提供所需要的電流偏置并測量其兩端電壓，同時也通過排針給加熱電阻(6)和低溫溫度計(9)提供工作電壓。9.權(quán)利要求1所述的便攜式連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器的電池驅(qū)動裝置，其特征在于:包括第一變阻器(11)、第二變阻器(12)、電池、開關(guān)、電容、定值電阻、第一端子(13、14)、第二端子(21、22);所述的第一變阻器(11)、第二變阻器(12)、電池、開關(guān)、定值電阻、第一端子(13、14)串聯(lián)，所述的第二端子(21、22)與定值電阻并聯(lián)，所述的電容與串聯(lián)后的電池、開關(guān)并聯(lián)。
【文檔編號】H01L39-22GK204289539SQ201420723583
【發(fā)明者】王華兵, 李軍, 郝璐瑤, 吳培亨 [申請人]南京大學(xué)