CN110048292B - 一种利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统和方法，该系统包括：激光器、第一半波片、第一偏振分光镜、电控平移台、第一反射镜、第二半波片、第二反射镜、第二偏振分光镜、第一离轴抛物面反射镜和液体射流产生装置，激光器发射的激光束经过第一偏振分光镜后分光为一水平分光束和一竖直分光束，水平分光束透射过第一偏振分光镜后入射至电控平移台，电控平移台将其方向偏转180°后投射至第一反射镜，由第一反射镜反射后的水平分光束依次经由第二半波片、第二偏振分光镜后入射至第一离轴抛物面反射镜，竖直分光束经由第一偏振分光镜反射后入射至第二反射镜，由第二反射镜反射后的竖直分光束经由第二偏振分光镜后入射至第一离轴抛物面反射镜。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹波技术、流体力学领域和激光领域，具体而言，涉及一种利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统和方法。
背景技术
近几年，随着太赫兹源技术的发展，大量的研究已经证明了固体晶体、金属材料、气体或者等离子体均是良好的太赫兹辐射源。然而，从液体特别是液体或其等离子体产生太赫兹波的研究成果寥寥无几。事实上，液体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，激光脉冲辐射的液体的动力学已经被研究二十多年了。阻碍液体成为太赫兹源的原因可能是因为液体在太赫兹频率范围内具有非常强的吸收特性。液体在1太赫兹时的功率吸收系数约为220cm-1，意味着太赫兹的光子进入1mm厚的水膜中只有一个光子会辐射出来。为了减少这种损失，一种重力驱动、自由流动的水膜技术和喷射式水膜技术已被成功创造。该技术为我们提供了制备太赫兹辐射液体样品的方法和思路。但是这种液体辐射太赫兹的效率依然很低。
发明内容
鉴于现有技术中存在的液体辐射太赫兹的效率很低的技术问题，为了增强太赫兹的辐射强度，本发明将飞秒激光聚焦在液体射流上，对液体表面进行灼烧，重整形，增强第二束飞秒激光与液体的耦合效率。
为达到上述目的，本发明提供了一种利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统，其包括：
激光器、第一半波片、第一偏振分光镜、电控平移台、第一反射镜、第二半波片、第二反射镜、第二偏振分光镜、第一离轴抛物面反射镜和液体射流产生装置，
激光器发射波长为800nm的水平偏振的激光束，激光束经过第一半波片后偏振方向发生变化，之后第一偏振分光镜将激光束分光为一水平分光束和一竖直分光束，水平分光束入射至电控平移台，电控平移台用于控制水平分光束的光程并将其方向偏转180°后投射至第一反射镜，由第一反射镜反射后的水平分光束依次经由第二半波片、第二偏振分光镜后入射至第一离轴抛物面反射镜，竖直分光束经由第一偏振分光镜反射后入射至第二反射镜，由第二反射镜反射后的竖直分光束经由第二偏振分光镜后入射至第一离轴抛物面反射镜，在第一离轴抛物面反射镜处汇聚的水平分光束和竖直分光束共同聚焦至液体射流产生装置产生的液体射流上，得到一向外辐射太赫兹波的太赫兹波源。
在本发明的一实施例中，液体射流由一液体射流产生装置产生，液体射流产生装置包括液体池、水泵、喷头、第一连接管和第二连接管，第一连接管连接在液体池与水泵之间，第二连接管连接在水泵与喷头之间，水泵用于抽取液体池中的液体并对其进行增压，并由喷头喷出液体射流，液体射流中的液体回流至液体池。
在本发明的一实施例中，激光器为飞秒激光放大器。
在本发明的一实施例中，液体射流中的液体为水、氯化钠溶液、氯化钙溶液、酒精溶液或四氯化碳溶液。
在本发明的一实施例中，液体射流为液体膜或液体柱。
在本发明的一实施例中，水平分光束与竖直分光束的相对延时为4.6纳秒。
在本发明的一实施例中，利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统还包括一太赫兹波探测系统，太赫兹波探测系统包括第二离轴抛物面反射镜、硅片、第三离轴抛物面反射镜和探测器，由太赫兹波源辐射的太赫兹波依次经由第二离轴抛物面反射镜、硅片、第三离轴抛物面反射镜后入射至探测器，由探测器探测太赫兹波的强度。
在本发明的一实施例中，探测器为高来探测器或电光采样探测系统。
本发明还提供了一种应用于上述利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统中的增强太赫兹波产生方法，其包括以下步骤：
S1：激光器发射波长为800nm的水平偏振的激光束，激光束经过第一半波片后偏振方向发生变化并且分光为一水平分光束和一竖直分光束；
S2：水平分光束透射过第一偏振分光镜后入射至电控平移台，电控平移台控制水平分光束的光程并将其方向偏转180°后投射至第一反射镜；
S3：由第一反射镜反射后的水平分光束依次经由第二半波片、第二偏振分光镜后入射至第一离轴抛物面反射镜；
S4：竖直分光束经由第一偏振分光镜反射后入射至第二反射镜；
S5：由第二反射镜反射后的竖直分光束经由第二偏振分光镜后入射至第一离轴抛物面反射镜；
S6：在第一离轴抛物面反射镜处汇聚的水平分光束和竖直分光束共同聚焦至液体射流产生装置产生的液体射流上，得到一向外辐射太赫兹波的太赫兹波源。
本发明提供的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统和方法相对于相同能量的单束光激发液体膜，大大提高了太赫兹波的辐射效率，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发明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发明的一些实施例，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为本发明一实施例的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统的示意图；
图2为本发明一实施例的液体射流产生装置的示意图。
附图标记说明：1-激光器；2-第一半波片；3-第一偏振分光镜；4-电控平移台；41/42-反射镜；5-第一反射镜；6-第二半波片；7-第二反射镜；8-第二偏振分光镜；9-第一离轴抛物面反射镜；10-液体射流产生装置；101-液体池；102-水泵；103-喷头；104-第一连接管；105-第二连接管；20-太赫兹波探测系统；201-第二离轴抛物面反射镜；202-硅片；203-第三离轴抛物面反射镜；204-探测器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一实施例的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统的示意图(俯视图)，图2为本发明一实施例的液体射流产生装置的示意图(侧视图)，如图1、图2所示，本发明提供的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统包括：
激光器1、第一半波片2、第一偏振分光镜3、电控平移台4、第一反射镜5、第二半波片6、第二反射镜7、第二偏振分光镜8、第一离轴抛物面反射镜9和液体射流产生装置10，
激光器1发射波长为800nm的水平偏振的激光束，激光束经过第一半波片2后偏振方向发生变化(变化体现在激光束在水平分量和竖直分量都具有一定的强度)，之后第一偏振分光镜3将激光束分光为一水平分光束和一竖直分光束，水平分光束入射至电控平移台，电控平移台4用于控制水平分光束的光程并将其方向偏转180°后投射至第一反射镜5，由第一反射镜5反射后的水平分光束依次经由第二半波片6、第二偏振分光镜8后入射至第一离轴抛物面反射镜9，第二半波片6可以调节水平分光束的能量强度，竖直分光束经由第一偏振分光镜3反射后入射至第二反射镜7，由第二反射镜7反射后的竖直分光束经由第二偏振分光镜8后入射至第一离轴抛物面反射镜9，在第一离轴抛物面反射镜9处汇聚的水平分光束和竖直分光束共同聚焦至液体射流产生装置10产生的液体射流上，得到一向外辐射太赫兹波的太赫兹波源。
本实施例中，液体射流由一液体射流产生装置10产生，如图2所示，液体射流产生装置10包括液体池101、水泵102、喷头103、第一连接管104和第二连接管105，第一连接管104连接在液体池101与水泵102之间，第二连接管105连接在水泵102与喷头103之间，水泵102用于抽取液体池101中的液体并对其进行增压，并由喷头103喷出液体射流，液体射流中的液体回流至液体池101。
如图1所示，本实施例中的电控平移台4包括两面相互垂直的反射镜41/42，以用于调节水平分光束的光程，将电控平移台4进行平移即可增加或减少水平分光束的光程。
图1中，激光器例如可以为飞秒激光放大器，例如美国Spectra-Physics公司生产的飞秒激光放大器Spitfire，图2中，液体射流中的液体例如可以为水、氯化钠溶液、氯化钙溶液、酒精溶液或四氯化碳溶液。液体射流可以为液体膜或液体柱，液体膜或液体柱均为均一、稳定、流速恒定的流体。
本实施例中，水平分光束与竖直分光束的相对延时设置为4.6纳秒，在其他实施例中，可以将二者的相对延时设置为其他时长，本发明不以4.6纳秒为限。
如图1所示，本发明提供的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统还可以包括一太赫兹波探测系统20，太赫兹波探测系统包括第二离轴抛物面反射镜201、硅片202、第三离轴抛物面反射镜203和探测器204，由太赫兹波源辐射的太赫兹波依次经由第二离轴抛物面反射镜201、硅片202、第三离轴抛物面反射镜203后入射至探测器204，由探测器204探测太赫兹波的强度。探测器204可以为高来探测器或电光采样探测系统，硅片202的厚度例如可以为450μm，也可根据实际需要选择其他参数的硅片，本发明不以此为限。
本发明还提供了一种应用于图1、图2所示的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统中的增强太赫兹波产生方法，其包括以下步骤：
S1：激光器发射波长为800nm的水平偏振的激光束，激光束经过第一半波片后偏振方向发生变化并且分光为一水平分光束和一竖直分光束；
S2：水平分光束透射过第一偏振分光镜后入射至电控平移台，电控平移台控制水平分光束的光程并将其方向偏转180°后投射至第一反射镜；
S3：由第一反射镜反射后的水平分光束依次经由第二半波片、第二偏振分光镜后入射至第一离轴抛物面反射镜；
S4：竖直分光束经由第一偏振分光镜反射后入射至第二反射镜；
S5：由第二反射镜反射后的竖直分光束经由第二偏振分光镜后入射至第一离轴抛物面反射镜；
S6：在第一离轴抛物面反射镜处汇聚的水平分光束和竖直分光束共同聚焦至液体射流产生装置产生的液体射流上，得到一向外辐射太赫兹波的太赫兹波源。
需要说明的是，本发明中所提及的‘光束’等信号光均为水平方向，也即图1中的任意两个元件之间的信号光均为水平方向，产生的太赫兹波也为于同一水平方向接收。
本发明提供的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统和方法相对于相同能量的单束光激发液体膜，大大提高了太赫兹波的辐射效率，具有较强的科研及实际应用价值。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统，其特征在于，包括：
激光器、第一半波片、第一偏振分光镜、电控平移台、第一反射镜、第二半波片、第二反射镜、第二偏振分光镜、第一离轴抛物面反射镜和液体射流产生装置，
激光器发射波长为800nm的水平偏振的激光束，激光束经过第一半波片后偏振方向发生变化，之后第一偏振分光镜将激光束分光为一水平分光束和一竖直分光束，水平分光束入射至电控平移台，电控平移台用于控制水平分光束的光程并将其方向偏转180°后投射至第一反射镜，由第一反射镜反射后的水平分光束依次经由第二半波片、第二偏振分光镜后入射至第一离轴抛物面反射镜，竖直分光束经由第一偏振分光镜反射后入射至第二反射镜，由第二反射镜反射后的竖直分光束经由第二偏振分光镜后入射至第一离轴抛物面反射镜，在第一离轴抛物面反射镜处汇聚的水平分光束和竖直分光束共同聚焦至液体射流产生装置产生的液体射流上，得到一向外辐射太赫兹波的太赫兹波源。
2.根据权利要求1的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统，其特征在于，液体射流由一液体射流产生装置产生，液体射流产生装置包括液体池、水泵、喷头、第一连接管和第二连接管，第一连接管连接在液体池与水泵之间，第二连接管连接在水泵与喷头之间，水泵用于抽取液体池中的液体并对其进行增压，并由喷头喷出液体射流，液体射流中的液体回流至液体池。
3.根据权利要求1的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统，其特征在于，激光器为飞秒激光放大器。
4.根据权利要求1的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统，其特征在于，液体射流中的液体为水、氯化钠溶液、氯化钙溶液、酒精溶液或四氯化碳溶液。
5.根据权利要求1的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统，其特征在于，液体射流为液体膜或液体柱。
6.根据权利要求1的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统，其特征在于，水平分光束与竖直分光束的相对延时为4.6纳秒。
7.根据权利要求1的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统，其特征在于，还包括一太赫兹波探测系统，太赫兹波探测系统包括第二离轴抛物面反射镜、硅片、第三离轴抛物面反射镜和探测器，由太赫兹波源辐射的太赫兹波依次经由第二离轴抛物面反射镜、硅片、第三离轴抛物面反射镜后入射至探测器，由探测器探测太赫兹波的强度。
8.根据权利要求7的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统，其特征在于，探测器为高来探测器或电光采样探测系统。
9.一种应用于权利要求1～8中任一项的利用双光束泵浦液体产生增强太赫兹波的系统中的增强太赫兹波产生方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：激光器发射波长为800nm的水平偏振的激光束，激光束经过第一半波片后偏振方向发生变化并且分光为一水平分光束和一竖直分光束；
S2：水平分光束透射过第一偏振分光镜后入射至电控平移台，电控平移台控制水平分光束的光程并将其方向偏转180°后投射至第一反射镜；
S3：由第一反射镜反射后的水平分光束依次经由第二半波片、第二偏振分光镜后入射至第一离轴抛物面反射镜；
S4：竖直分光束经由第一偏振分光镜反射后入射至第二反射镜；
S5：由第二反射镜反射后的竖直分光束经由第二偏振分光镜后入射至第一离轴抛物面反射镜；
S6：在第一离轴抛物面反射镜处汇聚的水平分光束和竖直分光束共同聚焦至液体射流产生装置产生的液体射流上，得到一向外辐射太赫兹波的太赫兹波源。
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| CN110048292A (zh) | 2019-07-23 |
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