CN107271470B - 一种太赫兹波传输聚束系统 - Google Patents

一种太赫兹波传输聚束系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107271470B
CN107271470B CN201710535705.7A CN201710535705A CN107271470B CN 107271470 B CN107271470 B CN 107271470B CN 201710535705 A CN201710535705 A CN 201710535705A CN 107271470 B CN107271470 B CN 107271470B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mirror
phasing
rotary parabolic
waveguide
wave beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710535705.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107271470A (zh
Inventor
刘頔威
沈皓
宋韬
王维
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Publication of CN107271470A publication Critical patent/CN107271470A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107271470B publication Critical patent/CN107271470B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
    • G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

该发明为一种实现太赫兹波束传输和聚束的系统，其特点是它由波纹波导的输入/输出窗口、旋转抛物反射镜、相位校正镜组成。该发明中准高斯模式经过模波纹波导传输，通过波纹波导输入端辐射到自由空间，旋转抛物反射镜接收这个准高斯波束，经聚焦反射后，波束入射到相位校正镜处调整相位分布，波束截面的相位差被消除，从而形成能够在相位和场强度两方面都符合高斯分布的波束，它能很好地耦合到输出窗对应的波纹波导中。

Description

一种太赫兹波传输聚束系统
技术领域
本发明涉及一种应用于DNP-NMR的太赫兹准高斯波束传输聚束系统，属于高功率太赫兹波传输技术领域。
背景技术
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一特定频率电磁辐射的物理过程。由于核磁共振谱的高分辨率，作为一种谱分析方法，核磁共振已广泛用于物理、化学、材料科学和生物医学领域。核磁共振信号强度与高能级和低能级上的粒子数之差Δn成正比，但是，由于核自旋能级的间隔很小，几乎是所有类型的吸收光谱中能级间隔最小的。随着检测的分子变大，单位体积内目标原子的数量减少，核磁共振灵敏度随之降低。与紫外光谱、红外光谱、顺磁共振等相比，常规核磁共振波谱的灵敏度是很低的，所以灵敏度对这一技术能否成功推广至关重要。
动态核极化(Dynamic Nuclear Polarization,DNP)是核磁共振波谱学中的一种重要手段。动态核极化是一种将电子自旋共振和核磁共振相结合的技术,它能使核自旋能级粒子数之差Δn大大增加，因此核磁共振信号强度也大大增强。电磁波驱动动态核极化是一种公认的增强固态/液态核磁共振波谱和成像信号的有效方法，提高磁场强度可以增大能级间隔，增大自旋能级粒子数差Δn，从而提高核磁共振的灵敏度。
提高磁场强度可以增大能级间隔，增大自旋能级粒子数差Δn，从而提高核磁共振的灵敏度。现代核磁共振波谱技术正在向高场方向发展。基于电子回旋受激辐射原理发展起来的快波回旋器件——太赫兹回旋管，被用作DNP-NMR的太赫兹辐射源。同时，为了与传输线匹配提高耦合效率，要求辐射源的输出场分布是理想的或者是接近理想的自由空间高斯分布。
DNP-NMR系统所需的太赫兹波频带很窄，其传输线可以近似为单频传输。一种常用的结构是使用过模波纹波导来传输准高斯模式，它具有显著的低损耗特点。因为样品有限的空间限制，传输系统的末端需要把能量从一个半径较大的波纹波导馈入一个半径较小的波纹波导中传输，实现这一过程需要一光学反射镜组，它将准高斯波束聚焦后传输到NMR采样器中。
发明内容
本发明的目的是对现有DNP-NMR系统进行改进，提供一种实现太赫兹波束传输、聚束并实现校正的系统，它连接在DNP-NMR系统中一个半径较大的波纹波导的输出端，由一个旋转抛物反射镜和一个相位校正镜组成，前者实现波束的聚焦，后者进行相位校正，从而输出符合NMR样品所需的准高斯波束。
本发明的目的有以下技术措施实现：
一种太赫兹波传输聚束系统，包括底座(1)，相位校正镜支架(2)，相位校正镜(3)，输入波纹波导(4)，旋转抛物镜支架(5)，旋转抛物反射镜(6)和输出波纹波导(7)；相位校正镜支架(2)与相位校正镜(3)相连并固定在底座(1)上，相位校正镜支架(2)上端开有弧形槽与输入波纹波导(4)相接，用于固定半径较大的输入波纹波导；旋转抛物镜支架(5)与旋转抛物反射镜(6)相连并固定在底座(1)上，旋转抛物镜支架(5)下端开有圆孔，用于固定输出波纹波导(7)；旋转抛物反射镜(6) 是取自完整的旋转抛物镜的一部分，它接收来自输入波纹波导(1)的波束，波束经旋转抛物反射镜(6)反射和聚焦之后入射到相位校正镜(3)上，经过相位校正后波束入射到输出波纹波导(7)中；准高斯模式的电磁波经过模波纹波导传输，通过输入波纹波导(4)辐射到自由空间，经旋转抛物反射镜(6)反射和聚焦后，在相位校正镜(3) 处形成有一定相位差的波束，经相位校正镜(3)调整波束的相位分布后，波束截面的相位差被消除，从而最终在输出波纹波导(7)处形成的波束能够在相位和场强度两方面都符合高斯分布的要求，能够很好地耦合到符合NMR样品直径的波纹波导中；底座(1) 长90mm，宽56mm，高2mm；相位校正镜支架(2)高80mm；相位校正镜(3)长宽均为 35mm，相位校正镜(3)斜靠的底座长25mm，宽12mm，相位校正镜支架(2)距底座边缘2.5mm；旋转抛物镜支架(5)高35mm，宽25mm；旋转抛物反射镜(6)高90mm，下缘与旋转抛物镜支架(5)相接；输出波纹波导输入窗为一开孔，位于旋转抛物镜支架 (5)正中，内径8mm，中心位置距底座15mm；输入的工作模式为线极化模式HE11模式。
光学反射镜组由一个旋转抛物反射镜和一个相位校正镜组成。
入射准高斯波束平行于抛物反射镜轴线方向。
经旋转抛物反射镜反射的波束的轴线方向与相位校正镜的法线方向成特定角度。
相位校正镜的法线方向与输出窗方向成相同的特定角度，让波束进入输出窗并且与入射波束方向平行。
相位校正镜上有微扰。
本发明具有如下优点：
输出模式是线极化准高斯模式，使用过模波纹波导和反射镜进行传输，具有很低的损耗。
聚焦后的波束经相位校正镜后具有很高的矢量高斯成分，能够很好地耦合到半径较小的波纹波导中，传输效率高。
附图说明
图1为实现太赫兹准高斯波束传输聚束系统的右侧视图。
图2为实现太赫兹准高斯波束传输聚束系统的左侧视图。
图3为相位校正镜示意图(单位为米)。
图中：
1底座，2相位校正镜支架，3相位校正镜，4输入波纹波导，5旋转抛物镜支架， 6旋转抛物反射镜，7输出波纹波导
具体实施方式
如图1所示，实现太赫兹准高斯波束传输聚束系统主要是由底座1，相位校正镜支架2，相位校正镜3，输入波纹波导4，旋转抛物镜支架5，旋转抛物反射镜6和输出波纹波导7组成。相位校正镜支架2与相位校正镜3相连并固定在底座1上，相位校正镜支架2上端开有弧形槽与输入波纹波导4相接，用于固定半径交大的波纹波导；旋转抛物镜支架5与旋转抛物反射镜6相连并固定在底座1上，旋转抛物镜支架5下端开有圆孔，用于固定输出波纹波导7。旋转抛物反射镜6是取自完整的旋转抛物镜的一部分，它接收来自输入波纹波导1的波束，波束经旋转抛物反射镜6反射和聚焦之后入射到相位校正镜4上，经过相位校正后波束入射到输出波纹波导7中。
具体实施方式为，准高斯模式的电磁波经过模波纹波导传输，通过输入波纹波导4辐射到自由空间，经旋转抛物反射镜6反射和聚焦后，在相位校正镜3处形成有一定相位差的波束，经相位校正镜3调整波束的相位分布后，波束截面的相位差被消除，从而最终在输出波纹波导7处形成的波束能够在相位和场强度两方面都符合高斯分布的要求，能够很好地耦合到符合NMR样品直径的波纹波导中。
底座长90mm，宽56mm，高2mm；相位校正镜支架高80mm；相位校正镜长宽均为35mm，斜靠的底座长25mm，宽12mm，相位校正镜支架距底座边缘2.5mm；旋转抛物镜支架高 35mm，宽25mm；旋转抛物反射镜高90mm，下缘与旋转抛物镜支架相接；波纹波导输入窗为一开孔，位于旋转抛物镜支架正中，内径8mm，中心位置距底座15mm。输入的工作模式为线极化模式HE11模式，经计算，模式转换效率分别为99.37％，束腰半径分别为 6.0mm和1.65mm，标量高斯成分98.85％，矢量高斯成分96.30％。

Claims (1)

1.一种太赫兹波传输聚束系统，其特征在于，包括底座(1)，相位校正镜支架(2)，相位校正镜(3)，输入波纹波导(4)，旋转抛物镜支架(5)，旋转抛物反射镜(6)和输出波纹波导(7)；相位校正镜支架(2)与相位校正镜(3)相连并固定在底座(1)上，相位校正镜支架(2)上端开有弧形槽与输入波纹波导(4)相接，用于固定半径较大的输入波纹波导；旋转抛物镜支架(5)与旋转抛物反射镜(6)相连并固定在底座(1)上，旋转抛物镜支架(5)下端开有圆孔，用于固定输出波纹波导(7)；旋转抛物反射镜(6)是取自完整的旋转抛物镜的一部分，它接收来自输入波纹波导(4 )的波束，波束经旋转抛物反射镜(6)反射和聚焦之后入射到相位校正镜(3)上，经过相位校正后波束入射到输出波纹波导(7)中；准高斯模式的电磁波经过模波纹波导传输，通过输入波纹波导(4)辐射到自由空间，经旋转抛物反射镜(6)反射和聚焦后，在相位校正镜(3)处形成有一定相位差的波束，经相位校正镜(3)调整波束的相位分布后，波束截面的相位差被消除，从而最终在输出波纹波导(7)处形成的波束能够在相位和场强度两方面都符合高斯分布的要求，能够很好地耦合到符合NMR样品直径的波纹波导中；底座(1)长90mm，宽56mm，高2mm；相位校正镜支架(2)高80mm；相位校正镜(3)长宽均为35mm，相位校正镜(3)斜靠的底座长25mm，宽12mm，相位校正镜支架(2)距底座边缘2.5mm；旋转抛物镜支架(5)高35mm，宽25mm；旋转抛物反射镜(6)高90mm，下缘与旋转抛物镜支架(5)相接；输出波纹波导输入窗为一开孔，位于旋转抛物镜支架(5)正中，内径8mm，中心位置距底座15mm；输入的工作模式为线极化模式HE11模式。
CN201710535705.7A 2017-04-19 2017-07-04 一种太赫兹波传输聚束系统 Expired - Fee Related CN107271470B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710257047 2017-04-19
CN201710257047X 2017-04-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107271470A CN107271470A (zh) 2017-10-20
CN107271470B true CN107271470B (zh) 2019-03-29

Family

ID=60071569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710535705.7A Expired - Fee Related CN107271470B (zh) 2017-04-19 2017-07-04 一种太赫兹波传输聚束系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107271470B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108134163B (zh) * 2017-12-08 2019-09-13 北京大学 太赫兹多模频率可调回旋管的准光模式变换装置及其方法
CN109901086A (zh) * 2019-03-29 2019-06-18 电子科技大学 一种实现波束匹配的准光单元结构
CN111641015B (zh) * 2020-05-19 2021-08-03 华中科技大学 一种高功率毫米波功率合成系统
CN114865257B (zh) * 2022-06-09 2023-04-07 电子科技大学 一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1482473A (zh) * 2002-07-25 2004-03-17 岐阜大学长 光波导装置
WO2007104975A1 (en) * 2006-03-13 2007-09-20 Oxford Instruments Molecular Biotools Limited Mnr spectroscopy with multiple-coil probes
CN202260098U (zh) * 2011-09-14 2012-05-30 电子科技大学 一种太赫兹波信号产生装置
WO2013000508A1 (en) * 2011-06-28 2013-01-03 Consiglio Nazionale Delle Ricerche Magnetic resonance hyperpolarization probe head
CN105928624A (zh) * 2016-04-18 2016-09-07 上海理工大学 基于空心金属波导光纤增强太赫兹波信号的装置及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1482473A (zh) * 2002-07-25 2004-03-17 岐阜大学长 光波导装置
WO2007104975A1 (en) * 2006-03-13 2007-09-20 Oxford Instruments Molecular Biotools Limited Mnr spectroscopy with multiple-coil probes
WO2013000508A1 (en) * 2011-06-28 2013-01-03 Consiglio Nazionale Delle Ricerche Magnetic resonance hyperpolarization probe head
CN202260098U (zh) * 2011-09-14 2012-05-30 电子科技大学 一种太赫兹波信号产生装置
CN105928624A (zh) * 2016-04-18 2016-09-07 上海理工大学 基于空心金属波导光纤增强太赫兹波信号的装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Progress Toward Optimization of Phase-Correcting Mirrors for a Multifrequency 1-MW Gyrotron;X.K. Yang et al.;《IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE》;20060630;第34卷(第3期);652-658 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107271470A (zh) 2017-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107271470B (zh) 一种太赫兹波传输聚束系统
US10663397B2 (en) Method and device of enhancing terahertz wave signals based on hollow metal waveguide optical fiber
US20140362376A1 (en) Method and apparatus for femtosecond laser pulse measurement based on transient-grating effect
CN108462026A (zh) 一种自准直高稳定纠缠源模块及系统
JP2010038809A (ja) テラヘルツ分光装置
CN110440915A (zh) 一种基于线性渐变滤光片分光的紧凑型远距离探测光谱仪
CN103364417B (zh) 太赫兹波探测装置
CN102540328A (zh) 一种光子晶体光纤、THz波参量振荡产生系统及方法
CN107655923B (zh) 一种实现输出方向大角度可调的太赫兹波传输聚束系统
CN103944049A (zh) 一种小型化三腔镜环形腔中红外光参量振荡器
CN101932187B (zh) 激光二次激发产生准同步高次谐波或x-射线辐射的方法
CN109901086A (zh) 一种实现波束匹配的准光单元结构
Cao et al. Coupling system with concave and positive–negative angular cone lenses group for the Cassegrain receiving antenna system
US7532649B1 (en) Optical cavity for coherent superposition of optical pulses
JP6251831B2 (ja) マイクロ波照射を最適化したｎｍｒプローブのｍａｓステータ
EP2946447A1 (en) Enhancement resonator including non-spherical mirrors
Zhang et al. Terahertz out-of-plane coupler based on compact spot-size converter
Lu et al. Study of the super directive THz photoconductivity antenna
CN105572880B (zh) 一种用于近红外光谱感知节点的入射光学系统及其工作方法
CN209640225U (zh) 一种基于光空间自由传输的无光纤手持拉曼光谱仪
Dou et al. Scanning antenna at THz band based on quasi-optical techniques
Du et al. Wide-flared corrugated horn designed for the SKA dish
Malevich et al. On focusing of broadband terahertz pulses
CN105449506B (zh) 一种可调谐激光器系统
CN109782425A (zh) 收发一体望远镜及开放光程气体分析仪

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190329

Termination date: 20200704

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee