本发明专利技术涉及一种激光成丝与液体介质空间匹配可调的太赫兹辐射系统，属于太赫兹技术领域。本发明专利技术包括用于提供在聚焦装置聚焦作用下能实现液体介质击穿的脉冲激光，且脉冲能量、脉冲宽度、聚焦能量、相位、偏振在一定范围内可调的激励模块、用于提供形状、尺寸、位置、流速可调的循环流动液体介质的介质模块和用于监测聚焦区域的空间匹配情况的监控模块。本发明专利技术以监控模块观测为指导，通过激励模块和介质模块协同工作以实现激光聚焦区域与液体介质的最佳空间匹配，在激光和介质充分交互的前提下减小太赫兹辐射被介质吸收，显著提升太赫兹激发效率。发效率。发效率。
【技术实现步骤摘要】
一种激光成丝与液体介质空间匹配可调的太赫兹辐射系统
[0001]本专利技术涉及一种激光成丝与液体介质空间匹配可调的太赫兹辐射系统，属于太赫兹
技术介绍
[0002]太赫兹波段有瞬态性、宽带性、相干性和低能性等独特特性，使其在超快光谱学、生物医学诊断、无损探测、层析成像、电子加速等方面应用广泛。此外，太赫兹还能探测到晶格振动、分子转动、束缚电子空穴对的内部激发等低能激发过程。大功率、高效率的太赫兹源是太赫兹时域光谱技术、太赫兹成像技术和太赫兹雷达及通信能否投入实际应用的决定性因素。如何才能产生大功率、高能量且能在室温下稳定运行的太赫兹辐射源是太赫兹
迫切需要解决的实际问题。
[0003]电磁波的产生遵循基本的理论规律。一般情况下，电学波段遵循麦克斯韦方程，发射方式源于电荷的经典运动，典型波源是天线。而光学波段遵循薛定谔方程，发射方式是量子跃迁，典型波源是激光器。因为太赫兹波的频率位于电学波段和光学波段之间，所以可以由电学方式将频率向高频扩展，也可以通过光学方式将频率向低频扩展。但这样的辐射方式结果往往不理想。比如，用电学方法产生的电磁波频率到达太赫兹波段时，一些在低频可以忽略的效应（比如杂散电容效应等）的影响越来越显著；用光学方法产生电磁波的频率降低到太赫兹波段时，受到热弛豫效应的严重影响。
[0004]基于电学方法和光学方法的限制，20世纪90年代出现了超快光电子学技术，其覆盖频率由1THz向两端扩展，很好地覆盖了太赫兹频率范围。超快光电子学技术产生太赫兹辐射基于一个基本原理，即脉宽接近1ps的电磁脉冲频率范围将达到太赫兹波段。因此，脉宽在飞秒量级的激光器成为光电子学太赫兹辐射必不可少的泵源。典型的基于飞秒激光的太赫兹源有光电导和光整流。但是光电导容易在光通量还不大时就达到饱和，光整流需要满足相位匹配条件。而且他们都是基于固体介质的太赫兹源，激光太强时将引起介质不可逆的损坏。为了避免这些限制因素，太赫兹的产生可以通过飞秒激光诱导空气等离子体的方式产生，这种方法产生的太赫兹波电场强，频谱宽，有很好的应用前景。
[0005]对空气等离子体太赫兹源进行优化可以采用液体替换气体介质。首先，液体分子密度大、电离势低，在相同激光条件下单位体积可以产生更多的载流子；其次，液体有良好的自愈性，可以在击穿后迅速恢复，提高了介质可以承受的激光强度和重复频率。这些优势让液体介质成为了很有潜力的太赫兹辐射源。
[0006]液体介质也存在弊端，即液体介质对太赫兹波段的强吸收。所以在开发基于飞秒激光的太赫兹液体源时，需要权衡两个因素。首先，液体介质和激光成丝要充分接触，以产生足够强的太赫兹辐射。其次，除激光聚焦区域以外，应该有尽量少的液体介质，以免造成显著的吸收。当前技术为了缓解介质吸收，采用了液线、液膜这样超薄低维液体介质结构。此时，激光成丝和液体介质的空间匹配显得格外重要。如果两者重叠区域太小，将影响介质和激光的充分交互作用，严重影响太赫兹发射效率的提升。同时，激光成丝的尺寸位置将受
激发条件调控，当前技术所产生的液体介质并不能随着成丝情况的变化而变化。
技术实现思路
[0007]本专利技术要解决的技术问题是提供一种激光成丝与液体介质空间匹配可调的太赫兹辐射系统，通过激励模块和介质模块的协同工作实现激光和液体介质的最佳交互效果，有效避免液体介质对太赫兹辐射的过度吸收和因为介质尺寸太小导致的作用不充分，从而显著提升太赫兹辐射功率。
[0008]本专利技术的技术方案是：一种激光成丝与液体介质空间匹配可调的太赫兹辐射系统，包括：激励模块，用于提供在聚焦装置聚焦作用下能实现液体介质击穿的脉冲激光，且脉冲能量、脉冲宽度、聚焦能量、相位、偏振在一定范围内可调。
[0009]介质模块，用于提供形状、尺寸、位置、流速可调的循环流动液体介质。
[0010]监控模块，用于监测聚焦区域的空间匹配情况。
[0011]所述激励模块包括：激光器，用于提供脉冲能量及脉宽持续可调的激光脉冲。所述脉冲激光的脉宽为飞秒量级，是因为从脉冲进入聚焦区域开始至离开聚焦区域为止，脉冲对介质的作用时间在皮秒量级，从而能得到频谱范围到太赫兹波段的电磁脉冲。脉冲持续时间可调也可以实现激光成丝形状调控，尤其针对成丝长度。
[0012]光学聚焦装置，用于通过透射或反射的方式聚焦激光能量。聚焦作用一方面可以提升激光耦合到介质的能量，另一方面能实现相对于液体介质的空间对准。
[0013]谐波产生装置，放置于基波光路中能产生二次谐波。二次谐波与基波叠加将提升基波激光电场的非对称性，增强激发效果。
[0014]光路调节装置，用于对激光进行参数调整，包括能量、偏振、相位。
[0015]所述激光器提供的激光脉冲，脉冲持续时间在飞秒量级，在聚焦装置聚焦作用下能实现液体介质击穿。
[0016]所述光路调节装置包括：能量调节装置，用于调节脉冲能量。
[0017]偏振调节装置，用于调节基波和谐波的相对偏振。
[0018]相位调节装置，用于调节基波和谐波的相对相位。
[0019]所述介质模块包括：液体循环系统，用于形成流速可调的液体循环。
[0020]可调喷嘴，用于形成形状和尺寸可调的流动液膜。
[0021]液体回收装置，用于回收与激光作用以后的介质以构成完整液体循环。
[0022]三维平移台，用于调整液体介质的位置。
[0023]所述液体循环系统包括水泵、控制阀、流量计以及必要管路以形成完整水循环。水泵和控制阀配合可以在管路中形成流量可调的液体循环，实现液体流动速度调节。高流速液体可以承受更高的激光强度和激光重复频率，以产生更强太赫兹辐射。循环使用液体介质减少了参与激发的介质总量，降低了成本。流量计用于监测液体流量。
[0024]所述可调喷嘴包括：柔性部分和刚性部分。
[0025]所述刚性部分是指可调喷嘴中除了柔性部分以外的其他部分。
[0026]柔性部分由柔性材料制成，刚性部分由刚性材料制成。
[0027]所述柔性部分为包括入水口Ⅰ和出水口Ⅰ的中空整体。
[0028]所述刚性部分包括调整支架、调节螺母、中心调整支架。
[0029]所述中心调整支架包括双柱结构和单柱部分，双柱结构内嵌于柔性部分中，用于保证柔性材料在受压时不产生其他纵向形变，以保证液膜表面平整度。单柱部分设有螺纹，调节螺母安装于单柱部分上。旋转调节螺母可以调整其在单柱上的位置，并通过调整支架将调节螺母位置变化带来的压力传导到柔性部分，以使柔性部分做出和螺母位置相匹配的形状变化。柔性部分的形变直接得到可调喷嘴出水口形状改变，从而得到形状、尺寸可调的液体介质。
[0030]所述液体回收装置包括：入水口Ⅱ、薄防溅层、厚防溅层、过滤网、过滤层和出水口Ⅱ。
[0031]所述液体回收装置的主体结构是腔体，所述腔体上端设置有“V”形的入水口Ⅱ，腔体底端设置有“V”形的出水口Ⅱ，入水口Ⅱ的外表面上设有薄防溅层，出水口Ⅱ上设有过滤层，过滤层上装有过滤本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种激光成丝与液体介质空间匹配可调的太赫兹辐射系统，其特征在于，包括：激励模块，用于提供在聚焦装置聚焦作用下能实现液体介质击穿的脉冲激光，且脉冲能量、脉冲宽度、聚焦能量、相位、偏振在一定范围内可调；介质模块，用于提供形状、尺寸、位置、流速可调的循环流动液体介质；监控模块，用于监测聚焦区域的空间匹配情况。2.根据权利要求1所述的激光成丝与液体介质空间匹配可调的太赫兹辐射系统，其特征在于，所述激励模块包括：激光器（1），用于提供脉冲能量及脉宽持续可调的激光脉冲；用于提供脉冲能量及脉宽持续可调的激光脉冲，所述脉冲激光的脉宽为飞秒量级；光学聚焦装置（3），用于通过透射或反射的方式聚焦激光能量；谐波产生装置（4），用于产生二次谐波；光路调节装置，用于对激光进行参数调整，包括能量、偏振、相位。3.根据权利要求2所述的激光成丝与液体介质空间匹配可调的太赫兹辐射系统，其特征在于：所述激光器（1）提供的激光脉冲，脉冲持续时间在飞秒量级、在聚焦装置聚焦作用下能实现液体介质击穿。4.根据权利要求2所述的激光成丝与液体介质空间匹配可调的太赫兹辐射系统，其特征在于，所述光路调节装置包括：能量调节装置（2），用于调节脉冲能量；偏振调节装置（5），用于调节基波和谐波的相对偏振；相位调节装置（6），用于调节基波和谐波的相对相位。5.根据权利要求1所述的激光成丝与液体介质空间匹配可调的太赫兹辐射系统，其特征在于，所述介质模块包括：液体循环系统，用于形成流速可调的液体循环；可调喷嘴，用于形成形状和尺寸可调的流动液膜；液体回收装置，用于回收与激光作用以后的介质以构成完整液体循环；三维平移台，用于调整液体介质的位置。6.根据权利要求5所述的激光成丝与液体介质空间匹配可调的太赫兹辐射系统，其特征在于，所述液体循环系统包括：水泵、控制阀、流量计以及必要管路；水泵和控制阀配合可以在管路中形成流量可调的液体循环；流量计用于监测液体流量...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈韬，王浩洋，张佳荣，刘佳和，常超，贺广超，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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