基于雙色相干調(diào)控等離子體的高重復(fù)頻率高強(qiáng)度太赫茲源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是基于雙色相干調(diào)控等離子體的高重復(fù)頻率高強(qiáng)度太赫茲源。這個(gè)裝置結(jié)合目前雙色相干調(diào)控等離子體產(chǎn)生太赫茲技術(shù)的高轉(zhuǎn)化效率優(yōu)勢(shì)，關(guān)鍵是將高壓等離子體產(chǎn)生技術(shù)與雙色相關(guān)調(diào)控等離子體產(chǎn)生太赫茲技術(shù)相結(jié)合，其特點(diǎn)是大大降低了產(chǎn)生太赫茲的激光的脈沖能量閾值，提高了太赫茲源的重復(fù)頻率，從而可以獲得一個(gè)高重復(fù)頻率，高強(qiáng)度，寬頻域帶寬的太赫茲發(fā)射。在一些同時(shí)需要高重復(fù)頻率和高脈沖強(qiáng)度的場(chǎng)合，例入材料的太赫茲泵浦實(shí)驗(yàn)，太赫茲非線性光學(xué)實(shí)驗(yàn)等會(huì)有廣泛的應(yīng)用空間，同時(shí)可以提高現(xiàn)有太赫茲?rùn)z測(cè)儀器的掃描時(shí)間，探測(cè)距離，信噪比等。因?yàn)閷?duì)光源的單脈沖能量要求降低，該系統(tǒng)可以與光纖脈沖激光兼容，從而進(jìn)一步減小光源的體積，使得光源更加緊湊便攜。
【專利說明】基于雙色相干調(diào)控等離子體的高重復(fù)頻率高強(qiáng)度太赫茲源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于雙色相干調(diào)控等離子體的高重復(fù)頻率高強(qiáng)度太赫茲源。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲處在一個(gè)特殊的電磁波譜位置，使得它具有很多優(yōu)越的特性，有非常重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。然而在太赫茲產(chǎn)生方面，尤其是高重復(fù)頻率高強(qiáng)度的太赫茲源方面一直是個(gè)瓶頸，目前l(fā)MV/cm以上的太赫茲輻射僅能在同步輻射這樣的大科學(xué)裝置上實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的桌面上的太赫茲源裝置可以分別實(shí)現(xiàn)高重復(fù)頻率或者高脈沖能量，但是都不能兼得。如利用固體半導(dǎo)體材料產(chǎn)生太赫茲，可以獲得lOKV/cm的太赫茲強(qiáng)度，帶寬約為
0.5-5THZ，其重復(fù)頻率可達(dá)MHz量級(jí)。其缺陷在于發(fā)射效率由于固體材料的損傷閾值的限制等因素難以進(jìn)一步提聞；利用量子級(jí)聯(lián)激光廣生太赫茲，可獲得較聞的太赫茲發(fā)射能量，但是只能獲得一個(gè)固定頻率的太赫茲，不是一個(gè)寬帶的太赫茲源；利用雙色相干調(diào)控等離子體，可已突破固體中損傷閾值的限制，獲得較高強(qiáng)度的太赫茲發(fā)射，但是需要激光單脈沖能量在mj以上，去電離氣體，產(chǎn)生等離子體，由于高脈沖能量的激光在重復(fù)頻率上的限制，該方法所能得到的太赫茲頻率局限在I kHz左右。除了這三種方法外，還有些其它方法產(chǎn)生太赫茲發(fā)射，但是這些方法或多或少有其缺陷，所獲得的太赫茲發(fā)射不能同時(shí)滿足高重復(fù)頻率，高強(qiáng)度，寬頻域等特點(diǎn)，直接限制了太赫茲的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述各種方法的不足，同時(shí)結(jié)合各種方法的優(yōu)勢(shì)所在，本發(fā)明提供了一種新的基于激光雙色相干調(diào)控等尚子體的聞重復(fù)頻率聞強(qiáng)度的寬帶太赫茲源。和已有的用雙色調(diào)控光強(qiáng)激光脈沖電離氣體產(chǎn)生等離子體的方法不同，本發(fā)明將激光通過倍頻晶體后聚焦在“現(xiàn)成的等離子體”處，利用基頻光與倍頻光對(duì)等離子體進(jìn)行調(diào)控，從而產(chǎn)生太赫茲發(fā)射，而“現(xiàn)成的等離子體”可以通過加高電壓等已有的方法產(chǎn)生。該方法結(jié)合了雙色相干調(diào)控等離子體產(chǎn)生太赫茲的高轉(zhuǎn)化效率的優(yōu)點(diǎn)，又克服了需要高強(qiáng)度激光電離空氣的不足，使得發(fā)射的太赫茲脈沖頻率大幅提升。該裝置發(fā)射的太赫茲具有高強(qiáng)度，高重復(fù)頻率，寬頻域帶寬等特點(diǎn)，同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)緊湊，方便攜帶，能夠適用于各種復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]以下結(jié)合圖1，圖2對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
圖1所示是太赫茲產(chǎn)生裝置示意圖。激光器(I)發(fā)射激光脈沖(2)，激光通過透鏡(3)，倍頻晶體(4)后，產(chǎn)生倍頻光與基頻光，然后聚焦在等離子(6)處，通過同步電路(11)控制激光和等離子體的同步，利用激光對(duì)等離子體的作用從而產(chǎn)生太赫茲發(fā)射(12)。
圖2所示是該等離子體源的單獨(dú)示意圖。其中3a，3b是兩個(gè)電極(圖1中的7a，7b)，I是高壓電源(圖1中的9)，2是水泵(圖1中的10)，4是等離子體(圖1中的6)。
[0005]【具體實(shí)施方式】: 如圖1所示，使用Coherent的Rega超快激光系統(tǒng)作為激光光源(1)，發(fā)射高重復(fù)頻率，超快激光脈沖(重復(fù)頻率>100KHz，脈沖寬度?lOOfs，脈沖能量>luj，800nm)(2)，激光通過透鏡(3)聚焦，經(jīng)過一個(gè)β相偏硼酸鋇倍頻晶體BBO (4)后，將會(huì)產(chǎn)生倍頻光(400nm)，然后與基頻光一起聚焦在等離子體處(6)，產(chǎn)生太赫茲發(fā)射(12)。
[0006]在此過程中將激光的同步觸發(fā)口(13)與等離子體的控制裝置(例如高壓電源的觸發(fā))通過一個(gè)可調(diào)節(jié)的同步電路(11)連接起來，，從而控制激光脈沖輸出和高壓電脈沖的輸出的時(shí)間，通過調(diào)節(jié)同步電路(11)的延遲，可以保證當(dāng)激光到達(dá)等離子體處的時(shí)候，恰好電極之間輸出一個(gè)高壓電脈沖，產(chǎn)生等離子體。
[0007]利用激光，等離子體源，循環(huán)冷卻系統(tǒng)以及同步電路的協(xié)調(diào)工作，即可以得到一個(gè)高重復(fù)頻率，高強(qiáng)度，寬頻域帶寬的太赫茲發(fā)射。
[0008]其中一種等離子體源是利用高壓電源(9)，在兩個(gè)電極(5a，5b)之間加上高壓，從而電離空氣產(chǎn)生等離子體。其中8a，Sb是兩個(gè)接線端。利用一個(gè)循環(huán)水泵(10)通過兩個(gè)接口(7a，7b)與高壓電極相連，通過不斷循環(huán)蒸餾水，對(duì)高壓電極進(jìn)行冷卻。
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙色相干調(diào)控等離子體的高重復(fù)頻率高強(qiáng)度太赫茲源，其特征是由高重復(fù)頻率OlOkHz)飛秒激光源，倍頻晶體，等離子體源和同步裝置組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙色相干調(diào)控等離子體的高重復(fù)頻率高強(qiáng)度太赫茲源，其特征是高重復(fù)頻率飛秒激光和其通過倍頻晶體產(chǎn)生的倍頻光，不直接電離氣體產(chǎn)生等離子體源，所以激光源的單脈沖能量可以低于氣體電離閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙色相干調(diào)控等離子體的高重復(fù)頻率高強(qiáng)度太赫茲源，其特征是等離子體源可以通過高壓電離氣體等現(xiàn)有的等離子體方法產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙色相干調(diào)控等離子體的高重復(fù)頻率高強(qiáng)度太赫茲源，其特征是高重復(fù)頻率飛秒激光可以使用光纖激光器使儀器緊湊和小型化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙色相干調(diào)控等離子體的高重復(fù)頻率高強(qiáng)度太赫茲源，其特征是飛秒激光和等離子體源件可以通過同步裝置調(diào)節(jié)同步。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙色相干調(diào)控等離子體的高重復(fù)頻率高強(qiáng)度太赫茲源，其特征是產(chǎn)生高重復(fù)頻率的紫外到太赫茲的寬帶光譜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙色相干調(diào)控等離子體的高重復(fù)頻率高強(qiáng)度太赫茲源，其特征是等離子體源可以通過高壓電離氣體產(chǎn)生，并通過高壓源和激光脈沖同步，同時(shí)作為太赫茲源的同步輸出。
【文檔編號(hào)】H01S3/10GK103701028SQ201310235533
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年6月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月15日
【發(fā)明者】孫棟 申請(qǐng)人:孫棟