本发明专利技术公开一种利用液态水中等离子体声波增强原理探测太赫兹波的系统和方法。其系统包括依次设置在光路上的激光器、分光镜、光参量放大器、DAST有机晶体、太赫兹滤波片、离轴打孔抛物面反射镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、凸透镜、液体膜、麦克风和音频放大器，其中液体膜具有连续、稳定、流速固定、外形无变化的特点，其损伤阈值高、电离阈值低且持续性强。本发明专利技术系统构成简单、水膜产生和声音信号探测装置成本低、系统稳定性高，使用周期长且易于维护，在相干探测和非相干探测领域中都具有极高的灵敏度和空间分辨能力，更适宜于等离子体通道的常规测量，为液态介质在太赫兹信号利用声波探测领域提供了新的研究思路和参考价值。声波探测领域提供了新的研究思路和参考价值。声波探测领域提供了新的研究思路和参考价值。
【技术实现步骤摘要】
利用液态水中等离子体声波增强原理探测太赫兹波的系统和方法
[0001]本专利技术涉及太赫兹探测领域，具体而言，涉及一种利用液态水中等离子体声波增强原理探测太赫兹波的系统和方法。
技术介绍
[0002]随着太赫兹技术的发展，太赫兹对空气等离子体声波的增强作用已经被实验观察证实，使得太赫兹增强声波增强成为太赫兹波探测的一种有效方法。进入二十一世纪后，空气中探测太赫兹的发展，为太赫兹远程传输和探测提供了新的解决思路。可以利用空气的三阶非线性性质来探测太赫兹，采用泵浦探测方式，泵浦光产生太赫兹波，探测光和太赫兹波在偏置电场作用下在空气中产生激光二次谐波。先使用滤波片来过滤激光的基频光，而后使用光电培增管来检测激光的二次谐波信号。该方法利用空气做介质，在外加偏置电场下相干探测太赫兹波脉冲。
[0003]近几年，随着人们对大气激光等离子体的非线性现象的研究，太赫兹对激光等离子体产生的荧光和声波的增强现象被发现，并被用于空气中的太赫兹探测，也就是荧光增强探测法和声波增强探测法。二者的本质是分别测量大气等离子体辐射的荧光和声音信号强度，并从信号的变化量中推出外加的太赫兹相关信息。两者之中，声音信号表现出比荧光信号更好的稳定性，并且具有更高的空间分辨能力，这主要是由光电倍增管的灵敏度及其光子转换效率所决定，周围背景光的影响和等离子体通道的各种不稳定性引起的通道内电离度的变化也会引起通道荧光信号的较大浮动。而声学测量信号的变化范围要比荧光信号的宽得多，激光等离子体通道的不稳定引起的声音信号浮动不至于造成其强烈的震荡，又由于声音信号放大器本身具有声音频率范围的选择功能，声学测量受背景噪声的影响也就小得多，所以在可达到的实验条件下，荧光探测相对声学诊断方法来说具有较大的误差，且该方法需要高能量的近红外探测激光束，达到空气激发阈值，并且响应灵敏度低。
[0004]对比传统的光电采样探测，声波探测可以在更大的范围实现远程探测太赫兹。将太赫兹增强声波的原理应用到太赫兹检测中，能够克服太赫兹在空气中因为水分吸收损耗大的缺点，同时由于声音波长远大于荧光和激光，具有绕过大型障碍物的能力，利用声波探测可以在更大的范围实现远程探测太赫兹。同时将太赫兹增强声波的原理应用到等离子体诊断中，能够实现不破坏等离子体完整性的情况下，在纳秒时间范围内测量等离子体的电子密度，并得到等离子体的电子复合率等重要参数，同样，可以研究太赫兹幅度在等离子体的衰减过程，对太赫兹和等离子体相互作用有更深入的了解，这是电光采样探测无法实现的。
[0005]液态水具有较强的三阶非线性系数和更低的电离阈值，利用液态水做介质，可以实现在较低的外加偏置电场下相干探测太赫兹波脉冲可以感测太赫兹波能量。但是基于这种原理的液态介质对太赫兹波的响应灵敏度极低，因此这种方法很难发展成一种具有实用价值的探测手段。阻碍液态水成为太赫兹探测技术的原因可能是因为以下两点：
[0006](一)空气探测原理是根据太赫兹波的产生和探测是互逆过程这一理论，利用空气的三阶非线性性质实现了空气等离体子探测太赫兹波，而液体对太赫兹波有较强的吸收，此前在液体中未观测到有效的太赫兹波产生，所以本领域学者先前未曾考虑基于液体的三阶非线性性质而发展太赫兹波的探测技术。
[0007](二)利用太赫兹波与探测光在液体水中等离子体中激发起等离子体冲击波，并很快衰变成等离子体声音增强信号的特点，探测太赫兹波能量，需要实现探测光对液体介质电离形成等离子体。因此如果将水封闭在承载容器中(例如：石英材质的液体皿)，容器在承载液体等离子体时极易损伤。因此基于无承载容器的前提下，保持液体的稳定是能够实现的基础。
技术实现思路
[0008]由于液态水具有很强的三阶非线性系数，为将液态水应用于太赫兹探测提供了理论基础。因此，为了解决上述问题，本专利技术提供一种利用液态水中等离子体声波增强原理探测太赫兹波的系统和方法，通过利用液态水对太赫兹波的强度进行探测，从而具有较高的灵敏度和空间分辨能力，可以应用于较弱的太赫兹辐射的感测。
[0009]本专利技术的另一目的在于，将太赫兹增强声波的原理应用到太赫兹检测中，能够克服太赫兹在空气中因为水分吸收损耗大的缺点，同时由于声音波长远大于荧光和激光，具有绕过大型障碍物的能力，可以在更大的范围实现远程探测太赫兹。
[0010]本专利技术的又一目的在于，将太赫兹增强声波的原理应用到等离子体诊断中，能够实现不破坏等离子体完整性的情况下，在纳秒时间范围内测量等离子体的电子密度，并得到等离子体的电子复合率等重要参数，同样，可以研究太赫兹幅度在等离子体的衰减过程，对太赫兹和等离子体相互作用有更深入的了解。
[0011]为达到上述目的，本专利技术提供了一种利用等离子体声波增强原理探测太赫兹波的系统，包括依次设置在光路上的激光器、分光镜、光参量放大器、DAST有机晶体、太赫兹滤波片、离轴打孔抛物面反射镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、凸透镜、液体膜、麦克风和音频放大器，其中：
[0012]所述激光器用于发射波长为800nm的激光，800nm的激光经过所述分光镜分出一束泵浦光和一束探测光，其中，泵浦光入射至所述光参量放大器后输出波长为1550nm的激光，1550nm的激光入射至所述DAST有机晶体并基于光整流法和光学差频法产生太赫兹波，太赫兹波依次经过所述太赫兹滤波片滤除杂散光及经过所述离轴打孔抛物面反射镜反射后，聚焦至所述液体膜；探测光依次经过所述第一平面反射镜、所述第二平面反射镜与所述凸透镜后，通过所述离轴打孔抛物面反射镜与太赫兹波共同聚焦于所述液体膜上；从所述液体膜中产生的声音信号通过所述麦克风探测收集后，再通过所述音频放大器进行信号放大。
[0013]在本专利技术一实施例中，其中，所述液体膜由一液体膜产生系统产生，所述液体膜产生系统包括：水泵、第一出水连接管、第一液体池、第二出水连接管、节流阀、第三出水连接管、液体膜形成装置、第二液体池及进水连接管，其中，所述第一出水连接管连接在所述水泵与所述第一液体池之间，所述第二出水连接管连接在所述第一液体池与所述节流阀之间，所述第三出水连接管连接在所述节流阀与所述液体膜形成装置之间，所述进水连接管连接在所述第二液体池与所述水泵之间；
[0014]其中，所述水泵用于抽取所述第二液体池中的液体并对其增压，所述第一液体池用于贮存少量液体，所述节流阀用于调节液体的流速，所述液体膜装置由两根垂直于水平面、相距5mm的细金属丝构成，由第三出水连接管流出的液体导入两根金属丝之间，在重力和液体张力的作用下，两根金属丝之间形成流动的液体膜，从所述液体膜形成装置流出的液体回流至所述第二液体池。
[0015]在本专利技术一实施例中，其中，所述液体膜的厚度介于50微米～90微米之间。
[0016]在本专利技术一实施例中，其中，所述液体膜为连续、稳定、流速固定、外形无变化的液体膜。
[0017]在本专利技术一实施例中，其中，所述第一出水连接管、所述第二出水连接管、所述进水连接管均为孔径介于6mm～8mm之间的乳胶软管，所述第三进水连接管为孔径介于2mm～本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用液态水中等离子体声波增强原理探测太赫兹波的系统，其特征在于，包括依次设置在光路上的激光器、分光镜、光参量放大器、DAST有机晶体、太赫兹滤波片、离轴打孔抛物面反射镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、凸透镜、液体膜、麦克风和音频放大器，其中：所述激光器用于发射波长为800nm的激光，800nm的激光经过所述分光镜分出一束泵浦光和一束探测光，其中，泵浦光入射至所述光参量放大器后输出波长为1550nm的激光，1550nm的激光入射至所述DAST有机晶体并基于光整流法和光学差频法产生太赫兹波，太赫兹波依次经过所述太赫兹滤波片滤除杂散光及经过所述离轴打孔抛物面反射镜反射后，聚焦至所述液体膜；探测光依次经过所述第一平面反射镜、所述第二平面反射镜与所述凸透镜后，通过所述离轴打孔抛物面反射镜与太赫兹波共同聚焦于所述液体膜上；从所述液体膜中产生的声音信号通过所述麦克风探测收集后，再通过所述音频放大器进行信号放大。2.根据权利要求1所述的利用液态水中等离子体声波增强原理探测太赫兹波的系统，其特征在于，所述液体膜由一液体膜产生系统产生，所述液体膜产生系统包括：水泵、第一出水连接管、第一液体池、第二出水连接管、节流阀、第三出水连接管、液体膜形成装置、第二液体池及进水连接管，其中，所述第一出水连接管连接在所述水泵与所述第一液体池之间，所述第二出水连接管连接在所述第一液体池与所述节流阀之间，所述第三出水连接管连接在所述节流阀与所述液体膜形成装置之间，所述进水连接管连接在所述第二液体池与所述水泵之间；其中，所述水泵用于抽取所述第二液体池中的液体并对其增压，所述第一液体池用于贮存少量液体，所述节流阀用于调节液体的流速，所述液体膜装置由两根垂直于水平面、相距5mm的细金属丝构成，由第三出水连接管流出的液体导入两根金属丝之间，在重力和液体张力的作用下，两根金属丝之间形成流动的液体膜，从所述液体膜形成装置流出的液体回流至所述第二液体池。3.根据权利要求2所述的利用液态水中等离子体声波增强原理探测太赫兹波的系统，其特征在于，所述液体膜的厚度介于50微米～90微米之间。4.根据权利要求2所述的利用液态水中等离子体声波增强原理探测太赫兹波的系统，其特征在于，所述液体膜为连续...
【专利技术属性】
技术研发人员：张亮亮，张明浩，肖文，杨博东，张存林，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。