利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的系统和方法，该系统包括依次设置在光路上的激光器、分光镜、斩波器、第一离轴抛物面反射镜和介质产生装置，第一离轴抛物面反射镜的焦距为1英寸；介质产生装置利用金属纳米颗粒溶液产生液体柱或液体膜；激光器用于发射水平偏振激光光束，水平偏振激光光束经过分光镜分出一束泵浦光和一束探测光，泵浦光经过斩波器调制后由第一离轴抛物面反射镜聚焦至液体柱或液体膜，液体柱或液体膜处即形成一能够辐射出高强度宽带太赫兹波的太赫兹波辐射源。本发明专利技术系统构成简单、建置成本低、容易维护、稳定性高，弥补了目前高强度宽带太赫兹波产生技术领域的空白，具有较强的科研及实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的系统和方法
本专利技术涉及太赫兹波技术、流体力学领域和激光领域，具体而言，涉及一种利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的系统和方法。
技术介绍
近几年，随着太赫兹辐射源技术的发展，大量研究成果均已经证明，固体晶体、金属材料、气体和等离子体均是良好的太赫兹辐射源。然而，从液体特别是液态水和物质溶液产生太赫兹波的研究成果寥寥无几。事实上，液态水或其他物质溶液作为各种电磁波的来源已经被研究了10多年。例如：通过超短脉冲激光聚焦到包含在细胞、射流或液滴中的水的非线性过程产生高次谐波和白光。此外，激光脉冲辐射的液态水的动力学已经被研究二十多年了。阻碍液态水或其他物质溶液成为太赫兹源的原因可能是因为液态水在太赫兹频率范围内具有非常强的吸收特性。液态水在1太赫兹时的功率吸收系数约为220cm-1，意味着3.6×109太赫兹的光子进入1mm厚的水膜中只有一个光子会辐射出来。由此可见，光子损失非常大并且太赫兹波产生效率很低。
技术实现思路
本专利技术提供一种利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的系统和方法，用以产生高强度宽带太赫兹波。为达到上述目的，本专利技术提供了一种利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的系统，其包括依次设置在光路上的激光器、分光镜、斩波器、第一离轴抛物面反射镜和介质产生装置，其中：第一离轴抛物面反射镜的焦距为1英寸；介质产生装置利用金属纳米颗粒溶液产生液体柱或液体膜；所述激光器用于发射水平偏振激光光束，水平偏振激光光束经过所述分光镜分出一束泵浦光和一束探测光，泵浦光经过所述斩波器调制后由所述第一离轴抛物面反射镜聚焦至所述液体柱或液体膜，所述液体柱或液体膜处即形成一能够辐射出高强度宽带太赫兹波的太赫兹波辐射源。在本专利技术的一实施例中，当所述介质产生装置用于产生液体膜时，所述介质产生装置包括液体池、第一连接管、恒压泵、第二连接管、Y型三通分流接头、第一软管、第二软管、第一喷头和第二喷头，所述第一喷头和所述第二喷头均为铝合金材质的喷头并且喷头出口处为直径介于0.5mm～1mm之间的圆孔，所述第一连接管连接在所述液体池与所述恒压泵之间，所述第二连接管连接在所述恒压泵与所述Y型三通分流接头之间，所述第一软管连接在所述Y型三通分流接头与所述第一喷头之间，所述第二软管连接在所述Y型三通分流接头与所述第二喷头之间，所述恒压泵用于抽取所述液体池中的金属纳米颗粒溶液并对其进行增压，所述第一喷头、所述第二喷头喷出的两个高压液体柱相向射出并在二者的边缘产生对撞后，于所述第一喷头、所述第二喷头下方形成均匀、连续、稳定的单片花瓣状液体膜，所述液体膜中的金属纳米颗粒溶液回流至所述液体池，或者，于上述介质产生装置中，将上述Y型三通分流接头、第一软管、第二软管、第一喷头和第二喷头替换为一铝合金材质的喷头，该铝合金材质的喷头具有一宽度介于0.1～0.5mm之间、长度为4mm的狭缝。在本专利技术的一实施例中，当所述介质产生装置用于产生液体柱时，所述介质产生装置包括液体池、第一连接管、恒压泵、第二连接管和喷头，所述第一连接管连接在所述液体池与所述恒压泵之间，所述第二连接管连接在所述恒压泵与所述喷头之间，所述恒压泵用于抽取所述液体池中的金属纳米颗粒溶液并对其进行增压，所述喷头出口处为直径介于0.1mm～0.5mm之间的圆孔。在本专利技术的一实施例中，所述金属纳米颗粒溶液由金属纳米颗粒与水混合而成，浓度介于10％～90％之间。在本专利技术的一实施例中，金属纳米颗粒中的金属为金、铂、银、铜、铁、钴、镍、钛或钨。在本专利技术的一实施例中，所述激光器为飞秒激光器，所述斩波器的频率介于100～300Hz之间。在本专利技术的一实施例中，所述恒压泵为额定功率为750w的变频涡旋式自吸电泵。在本专利技术的一实施例中，由所述第一离轴抛物面反射镜反射的信号光与所述液体膜所在平面的垂线之间的夹角介于-70°～70°之间。在本专利技术的一实施例中，利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的系统还包括一太赫兹波探测系统，其包括第二离轴抛物面反射镜、硅片、第三离轴抛物面反射镜、ZnTe晶体、第一凸透镜、太赫兹波探测器和第二凸透镜，其中：所述第二离轴抛物面反射镜和所述第三离轴抛物面反射镜的焦距均为4英寸，所述第二离轴抛物面反射镜将太赫兹波汇聚成一束平行光束，该平行光束经过所述硅片滤波后投射至所述第三离轴抛物面反射镜聚焦并形成一聚焦光束，该聚焦光束与经由所述第二凸透镜聚焦的探测光束共同聚焦于ZnTe晶体后再通过所述第一凸透镜，之后经由所述太赫兹波探测器探测强度。在本专利技术的一实施例中，所述太赫兹波探测器为自平衡光电探测器。本专利技术还提供了一种应用于上述系统中的利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的方法，其包括以下步骤：S1：所述激光器发射水平偏振激光光束；S2：水平偏振激光光束经过所述分光镜分出一束泵浦光和一束探测光；S3：泵浦光经过所述斩波器调制后由所述第一离轴抛物面反射镜后聚焦至液体柱或液体膜；S4：液体柱或液体膜处形成太赫兹波辐射源并辐射出高强度宽带太赫兹波。本专利技术提供的利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的系统和方法创新的应用金属纳米颗粒溶液产生液体柱和液体膜，继而产生太赫兹波，产生效率高、系统构成简单、建置成本低、容易维护、稳定性高，弥补了目前高强度宽带太赫兹波产生
的空白，具有较强的科研及实际应用价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的系统的组成示意图(俯视图)；图2为本专利技术一实施例的用于产生液体膜的介质产生装置的结构示意图；图3为本专利技术另一实施例的用于产生液体膜的介质产生装置的结构示意图；图4为本专利技术一实施例的用于产生液体柱的介质产生装置的结构示意图；图5a为激光分别激发金属纳米颗粒溶液薄膜和水膜产生的太赫兹时域波形；图5b为激光分别激发金属纳米颗粒溶液薄膜和水膜产生的太赫兹场频谱图；图6为第一离轴抛物面反射镜反射的信号光与液体膜所在平面的垂线之间的夹角示意图；图7a、图7b为θ的示意图。附图标记说明：1-激光器；2-分光镜；3-斩波器；4-第一离轴抛物面反射镜；5-第二离轴抛物面反射镜；6-硅片；7-第二凸透镜；8-第三离轴抛物面反射镜、9-ZnTe晶体、10-第一凸透镜、11-太赫兹波探测器；12-液体池；13-第一连接管；14-恒压泵；15-第二连接管；16-第一软管；17-第二软管；18-Y型三通分流接头；19-第一喷头；20-第二喷头；21-铝合金材质的喷头；22-喷头；A-介质产生装置；C-太赫兹波探测系统。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术提供的利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的系统的组成示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的系统，其特征在于，包括依次设置在光路上的激光器、分光镜、斩波器、第一离轴抛物面反射镜和介质产生装置，其中：第一离轴抛物面反射镜的焦距为1英寸；介质产生装置利用金属纳米颗粒溶液产生液体柱或液体膜；所述激光器用于发射水平偏振激光光束，水平偏振激光光束经过所述分光镜分出一束泵浦光和一束探测光，泵浦光经过所述斩波器调制后由所述第一离轴抛物面反射镜聚焦至所述液体柱或液体膜，所述液体柱或液体膜处即形成一能够辐射出高强度宽带太赫兹波的太赫兹波辐射源。

【技术特征摘要】
1.一种利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的系统，其特征在于，包括依次设置在光路上的激光器、分光镜、斩波器、第一离轴抛物面反射镜和介质产生装置，其中：第一离轴抛物面反射镜的焦距为1英寸；介质产生装置利用金属纳米颗粒溶液产生液体柱或液体膜；所述激光器用于发射水平偏振激光光束，水平偏振激光光束经过所述分光镜分出一束泵浦光和一束探测光，泵浦光经过所述斩波器调制后由所述第一离轴抛物面反射镜聚焦至所述液体柱或液体膜，所述液体柱或液体膜处即形成一能够辐射出高强度宽带太赫兹波的太赫兹波辐射源。2.根据权利要求1所述的利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的系统，其特征在于，当所述介质产生装置用于产生液体膜时，所述介质产生装置包括液体池、第一连接管、恒压泵、第二连接管、Y型三通分流接头、第一软管、第二软管、第一喷头和第二喷头，所述第一喷头和所述第二喷头均为铝合金材质的喷头并且喷头出口处为直径介于0.5mm～1mm之间的圆孔，所述第一连接管连接在所述液体池与所述恒压泵之间，所述第二连接管连接在所述恒压泵与所述Y型三通分流接头之间，所述第一软管连接在所述Y型三通分流接头与所述第一喷头之间，所述第二软管连接在所述Y型三通分流接头与所述第二喷头之间，所述恒压泵用于抽取所述液体池中的金属纳米颗粒溶液并对其进行增压，所述第一喷头、所述第二喷头喷出的两个高压液体柱相向射出并在二者的边缘产生对撞后，于所述第一喷头、所述第二喷头下方形成均匀、连续、稳定的单片花瓣状液体膜，所述液体膜中的金属纳米颗粒溶液回流至所述液体池，或者，于上述介质产生装置中，将上述Y型三通分流接头、第一软管、第二软管、第一喷头和第二喷头替换为一铝合金材质的喷头，该铝合金材质的喷头具有一宽度介于0.1～0.5mm之间、长度为4mm的狭缝。3.根据权利要求1所述的利用金属纳米颗粒溶液产生宽带强太赫兹波的系统，其特征在于，当所述介质产生装置用于产生液体柱时，所述介质产生装置包括液体池、第一连接管、恒压泵、第二连接管和喷头，所述第一连接管连接在所述液体池与所述恒压泵之间，所述第二连接管连接在所述恒压泵与所述喷头之间，所述恒压泵用于抽取所述液体池中的金属纳米颗粒溶液并对其进行增压，所述喷头出口...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮亮，冯世嘉，吴同，康凯，谭永，蒋广通，张存林，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11