强场太赫兹自旋发射器及光谱仪制造技术

本实用新型专利技术实施例提供了一种强场太赫兹自旋发射器及光谱仪，强场太赫兹自旋发射器包括：预设尺寸的铁磁纳米薄膜、第一磁铁和第二磁铁；第一磁铁和第二磁铁均固定于铁磁纳米薄膜所处的平面内，且第一磁铁和第二磁铁设置在一条直线上，第一磁铁的第一极和第二磁铁的第二极相对设置，第一极和第二极的极性相反，铁磁纳米薄膜设置在第一极和第二极之间；预设脉冲宽度、单脉冲能量为预设能量的泵浦激光透过铁磁纳米薄膜，产生预设频谱宽度、预设辐射场强度的太赫兹脉冲辐射。本实用新型专利技术实施例中提供的强场太赫兹自旋发射器，可实现超宽带、强场太赫兹脉冲辐射的产生，并且可避免现有技术中产生强场太赫兹脉冲辐射时的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
强场太赫兹自旋发射器及光谱仪
本技术实施例涉及太赫兹脉冲产生
，更具体地，涉及强场太赫兹自旋发射器及光谱仪。
技术介绍
太赫兹辐射在电磁波谱上位于远红外和毫米波之间，该频段的特殊位置赋予了该频段特殊的性质，比如太赫兹频率对应生物大分子的振动能级和转动能级，对应水分子的氢键能量和范德瓦尔斯力的能量，许多生物分子在这个频段都具有指纹光谱，可应用在物质鉴别和识别；太赫兹频段意味着更大的信息容量，为通信遥感、航空航天提供更好的通信手段。太赫兹辐射在物理、化学、材料、生物、医学等各个领域均具有广泛的应用前景。目前，各种基于光学和电子学的太赫兹辐射源应运而生，产生了各种基于电学的低频窄带太赫兹辐射源和高频宽带太赫兹辐射源。随着超快激光技术的发展，基于飞秒激光技术的太赫兹辐射源能够获得更为小型化、更可靠、更稳定以及成本更低的太赫兹辐射源，可满足实验研究和部分应用的需要，因此，基于超快激光技术的太赫兹源获得了快速的发展。但是太赫兹技术并未取得大量的实际应用，阻碍太赫兹科学与技术发展和应用的关键依然在于高效率、低成本、高稳定性的太赫兹辐射源、高灵敏度的太赫兹探测器，以及各种太赫兹功能器件的缺乏。其中，低成本、高效率、小型化、超宽带、稳定可靠的太赫兹辐射源的缺乏，成为了最主要的挑战。太赫兹辐射源是太赫兹科学与技术发展的关键组成部分。随着超快飞秒激光技术的发展，为制备太赫兹辐射源提供了更为可靠的途径。目前基于超快飞秒激光技术获得的太赫兹辐射源按照频率从低到高的排列，可主要分为：(1)基于铌酸锂倾斜波前技术的光学整流方法，可覆盖的频率范围为0.1-2.0THz，中心频率在0.5THz附近；(2)基于有机晶体的光学整流方法，可覆盖的频率范围为0.5-5THz，中心频率在2THz左右；(3)基于双色等离子体的方法，可覆盖的频率范围为1-10THz，中心频率在3THz附近；(4)基于强激光与物质相互作用的渡越辐射机制，可覆盖的频率范围为0.3-30THz，中心频率偏低频；(5)基于表面等离子体增强的大孔径光导天线，可覆盖的频率范围为0.3-4THz，中心频率在1THz附近；(6)基于非线性晶体的差频效应，中心频率可在15-30THz，窄带可调谐。以上6种强场太赫兹辐射源都有各自的缺陷。(1)基于铌酸锂倾斜波前技术的光学整流方法是目前实验室获得高能强场太赫兹辐射的常用方法，这是由于该光学整流方法对泵浦激光的波长没有特定要求，且铌酸锂晶体通过掺杂可以获得极高的破坏阈值，可采用各种高能激光器以构建太赫兹辐射源。但是，倾斜波前技术不仅对相位匹配的精确度要求高，光路搭建复杂，而且由于铌酸锂晶体对太赫兹辐射有强烈的吸收，使得产生的高频太赫兹辐射被大量吸收而不能被耦合出来实现有效的利用，因此产生的太赫兹辐射普遍偏低频。当将铌酸锂倾斜波前技术应用在大于100毫焦量级的高能泵浦飞秒激光器上后，对晶体的尺寸要求更大，导致目前的晶体生长技术无法满足大尺寸晶体的要求，导致该技术应用在更高能量的激光器上遇到极大的困难和挑战。(2)基于有机晶体的光学整流方法尽管可以产生接近1焦耳的高能太赫兹辐射，且中心频率偏高频，频率的覆盖范围由泵浦激光的脉冲宽度决定。这样的有机晶体最大的挑战在于，晶体的尺寸无法生长得更大，破坏阈值非常低，价格极其昂贵，且容易潮解，非常不稳定。这样的太赫兹辐射源用在低能太赫兹设备上尚且存在困难，更无法用在泵浦激光上以获得稳定可靠的强场太赫兹输出。而且由于晶体容易受潮、受激光的破坏，需要不定期的更换晶体，不但增加了设备成本，而且给测试数据带来不确定性。(3)基于双色等离子体的太赫兹辐射源，虽然可产生频谱1-10THz的超宽带太赫兹辐射且不存在破坏阈值，但是频谱宽度由泵浦激光的脉冲宽度决定，且形成的太赫兹辐射源不稳定、效率低，由太赫兹辐射源搭建的太赫兹系统信噪比不高，很难获得稳定可靠的测试数据。而且，在高能强场的太赫兹辐射源中，其发射效率受限于电荷的屏蔽效应，使得辐射效率很难提高。而且到目前为止，本领域技术人员仍不清楚基于双色等离子体的太赫兹辐射源的发射机理。(4)基于强激光与物质相互作用的渡越辐射机制获得的高能强场太赫兹辐射源虽然可覆盖超宽带频率范围0.3-30THz，但是用于产生太赫兹辐射的泵浦激光器的重复频率非常低，导致这样的太赫兹辐射源在应用在后续应用中极其困难，比如很难开展超快时间分辨动力学的实验研究，不能很好地用于极端太赫兹科学与技术，使得这样的太赫兹辐射源目前仍处于实验室机理研发阶段。(5)基于表面等离子体增强的大孔径光导天线形成的太赫兹辐射源可以在聚焦后达到峰值电场接近1MV/cm，已完全具备强场太赫兹辐射源对峰值场强的要求。但是，这样的辐射源最大的缺点在于结构复杂，电场容易击穿而导致器件很容易遭到破坏，且这样的太赫兹辐射源很容易饱和，导致更高的泵浦能量也很难加载在发射天线上，使得进一步提高辐射电场遇到极大的阻碍。(6)基于非线性晶体的差频效应得到的高频太赫兹辐射源的中心频率覆盖范围在15-30THz附近，窄带可调协的峰值电场可达到100MV/cm的极强太赫兹辐射。然而，这样的太赫兹辐射源的频率普遍偏高，很难推广到15THz以下。但是15THz以下的频段被认为是凝聚态体系里面最适用的太赫兹频段，因为许多凝聚态体系的声子振动频率恰好落在这个频段，而通过光学差频的方式很难推广到这个最有用的频段。
技术实现思路
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本技术实施例提供了一种。一方面，本技术实施例提供了一种强场太赫兹自旋发射器，包括：预设尺寸的铁磁纳米薄膜、第一磁铁和第二磁铁；所述第一磁铁和所述第二磁铁均固定于所述铁磁纳米薄膜所处的平面内，且所述第一磁铁和所述第二磁铁设置在一条直线上，所述第一磁铁的第一极和所述第二磁铁的第二极相对设置，所述第一极和所述第二极的极性相反，所述铁磁纳米薄膜设置在所述第一极和所述第二极之间；预设脉冲宽度、单脉冲能量为预设能量的泵浦激光透过所述铁磁纳米薄膜，产生预设频谱宽度、预设辐射场强度的太赫兹脉冲辐射。优选地，所述预设脉冲宽度为小于100fs的脉冲宽度，所述预设能量为大于mJ量级的能量；相应地，所述预设频谱宽度为大于4THz的频谱宽度，所述预设辐射场强度为电场峰值强度大于1MV/cm、磁场峰值强度大于0.3Tesla。优选地，还包括：导电玻璃；所述导电玻璃设置在所述泵浦激光透过所述铁磁纳米薄膜后的输出光路上，所述导电玻璃用于透射所述泵浦激光并反射所述太赫兹脉冲辐射。优选地，还包括第一支架、第二支架和第三支架；所述第一支架、所述第二支架和所述第三支架高度相同，所述第一磁铁通过固体热熔胶固定在所述第一支架上，所述第二磁铁通过固体热熔胶固定在所述第二支架上，所述铁磁纳米薄膜设置在所述第三支架上。优选地，所述泵浦激光通过飞秒激光器产生。另一方面，本技术实施例还提供了一种光谱仪，包括上述所述的强场太赫兹自旋发射器、分束镜、至少三个反射镜、至少三个抛物面镜、磷化镓晶体、四分之一波片、沃拉斯顿棱镜、平衡能量探测器和示波器；所述至少三个反射镜中包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜均设置在光学延迟线装置上；所述至少三个抛物面镜中包括预设抛物面镜，所述预设抛物面镜上设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强场太赫兹自旋发射器，其特征在于，包括：预设尺寸的铁磁纳米薄膜、第一磁铁和第二磁铁；所述第一磁铁和所述第二磁铁均固定于所述铁磁纳米薄膜所处的平面内，且所述第一磁铁和所述第二磁铁设置在一条直线上，所述第一磁铁的第一极和所述第二磁铁的第二极相对设置，所述第一极和所述第二极的极性相反，所述铁磁纳米薄膜设置在所述第一极和所述第二极之间；预设脉冲宽度、单脉冲能量为预设能量的泵浦激光透过所述铁磁纳米薄膜，产生预设频谱宽度、预设辐射场强度的太赫兹脉冲辐射。

【技术特征摘要】
1.一种强场太赫兹自旋发射器，其特征在于，包括：预设尺寸的铁磁纳米薄膜、第一磁铁和第二磁铁；所述第一磁铁和所述第二磁铁均固定于所述铁磁纳米薄膜所处的平面内，且所述第一磁铁和所述第二磁铁设置在一条直线上，所述第一磁铁的第一极和所述第二磁铁的第二极相对设置，所述第一极和所述第二极的极性相反，所述铁磁纳米薄膜设置在所述第一极和所述第二极之间；预设脉冲宽度、单脉冲能量为预设能量的泵浦激光透过所述铁磁纳米薄膜，产生预设频谱宽度、预设辐射场强度的太赫兹脉冲辐射。2.根据权利要求1所述的强场太赫兹自旋发射器，其特征在于，所述预设脉冲宽度为小于100fs的脉冲宽度，所述预设能量为大于mJ量级的能量；相应地，所述预设频谱宽度为大于4THz的频谱宽度，所述预设辐射场强度为电场峰值强度大于1MV/cm、磁场峰值强度大于0.3Tesla。3.根据权利要求1所述的强场太赫兹自旋发射器，其特征在于，还包括：导电玻璃；所述导电玻璃设置在所述泵浦激光透过所述铁磁纳米薄膜后的输出光路上，所述导电玻璃用于透射所述泵浦激光并反射所述太赫兹脉冲辐射。4.根据权利要求1-3中任一项所述的强场太赫兹自旋发射器，其特征在于，还包括第一支架、第二支架和第三支架；所述第一支架、所述第二支架和所述第三支架高度相同，所述第一磁铁通过固体热熔胶固定在所述第一支架上，所述第二磁铁通过固体热熔胶固定在所述第二支架上，所述铁磁纳米薄膜设置在所述第三支架上。5.根据权利要求1-3中任一项所述的强场太赫兹自旋发射器，其特征在于，所述泵浦激光通过飞秒激光器产生。6.一种光谱仪，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的强场太赫兹自旋发射器、分束镜、至少三个反射镜、至少三个抛物面镜、磷化镓晶体、四分之一波片、沃拉斯顿棱镜、平衡能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓君，聂天晓，孔德胤，高扬，郭苡辰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：北京,11