CN110556689A - 一种用于太赫兹辐射产生的光纤接入型液体池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于太赫兹辐射产生的光纤接入型液体池，涉及光电技术领域，该液体池包括：液体池主体、控温基座。液体池主体在控温基座上，而且液体池主体和控温基座贴合在一起。其中，液体池主体包括左表壁、光纤准直器、准直器底座、透镜架、前表壁、后表壁、右表壁、滤波片架、底部表壁、底部接口以及顶部表壁；光纤准直器嵌入准直器底座；准直器底座和透镜架依次嵌入在左表壁中间；底部接口和在底部表壁的最低处对称的两侧；滤波片架在右表壁上。控温基座的半圆柱体表面下放置有热电阻丝或者半导体制冷片，用于加热或者制冷。本发明结构紧凑、方法简单，并且同时实现光纤接口输入、温度控制、优化色散、集成滤波片以及液体补充循环等功能。

Description

一种用于太赫兹辐射产生的光纤接入型液体池

(一)技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体而言，涉及到一种用于太赫兹辐射产生的光纤接入型液体池。

(二)背景技术

太赫兹(THz，10¹²Hz)辐射，介于电子学频段和光子学频段之间，狭义范围是0.1-10THz，广义范围是0.3-30THz。。太赫兹辐射具有特征光谱、低光子能量、强穿透力、高时间空间分辨率、大带宽等特性，在太赫兹时域光谱技术、无损检测、太赫兹雷达、无线通讯等领域有着不可取代的应用。

利用双色场飞秒激光脉冲(基础频率脉冲以及其二次谐波脉冲)在气体介质中聚焦形成等离子体产生太赫兹辐射，是主要流行的产生太赫兹辐射方法之一。2017年末，出现一种新的产生太赫兹辐射的方法，利用飞秒激光脉冲在液体介质中相互作用产生太赫兹辐射，能产生高转换效率、宽带宽的太赫兹辐射[Appl.Phys.Lett.,2017,111,071103；Nat.Comm.,2017,8, 1184]。

然而，在实验中所采用的液体池，多为中红外硅材料的比色皿，功能单一，入射激光经过前表壁会引入材料的色散，后期在光路中需要加入滤波片滤除可见光以及中红外光，且不能调控液体温度。此外，现今此实验演示多用固体激光器输出的高能量飞秒激光，由于飞秒激光在液体中相较于空气具有数个数量级的飞秒拉丝阈值，采用光纤激光器理论上同样可以产生高效的太赫兹辐射，对此需要设计具有光纤接口的液体池。超快激光与液体介质相互作用产生太赫兹辐射，是非常具有潜力的课题。从工业化以及科研的角度思考，此方法中关键器件—液体池，具有极大的可提升空间且有待进一步优化。

(三)发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明设计了一种用于太赫兹辐射产生的光纤接入型液体池，兼具温控系统，优化色散，集成滤波片以及可以实现液体补充循环的特点。

第一方面，本发明实施例提供了一种用于太赫兹辐射产生的液体池，其特征在于，包括：液体池主体和控温基座。液体池主体在控温基座上，而且液体池主体和控温基座贴合在一起。液体池主体包括左表壁、光纤准直器、准直器底座、透镜架、前表壁、后表壁、右表壁、滤波片架、底部表壁、底部接口以及顶部表壁。光纤准直器嵌入在准直器底座中；准直器底座和透镜架依次嵌入在左表壁中间；底部接口在底部表壁的最低处对称的两侧；滤波片架在右表壁上。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面可能的实施方式，其中，左表壁的外轮廓是不规则曲线，包含半圆形和矩形的结合；半圆形的直径范围4-10cm，矩形长边边长等于所述的半圆形，矩形短边边长范围是2-5cm；左表壁在所述的半圆形圆心处具有圆形的开孔，开孔的直径可以是2.54cm、3cm或者5.08cm；左表壁的圆形开孔具有内螺纹；左表壁的材料可以是熔融石英、玻璃、塑料或者金属；左表壁的厚度范围3-5cm；光纤准直器具有FC/PC的接口；光纤准直器适用的波段可以是780nm、1060nm、1550nm、2000nm；光纤准直器能承受的光功率范围是0-1W；准直器底座的内直径等于光纤准直器的外直径；透镜架具有与左表壁圆形开孔内螺纹匹配的外螺纹；透镜架具有与所述的左表壁圆形开孔匹配的直径；透镜架初始装配有透镜，所述的透镜的材料可以是BK7或者紫外熔融石英，透镜的聚焦直径优选为所属的前表壁的长边边长。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，前表壁的材料可以是熔融石英、玻璃、塑料或者金属；前表壁的短边边长等于左表壁矩形的短边边长；前表壁的表壁厚度为1-3cm。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，后表壁的材料可以是熔融石英、玻璃、塑料或者金属；后表壁的短边边长等于左表壁矩形的短边边长；后表壁的表壁厚度为1-3cm。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，右表壁的材料是中红外硅；右表壁的表壁厚度是0.5-1cm；右表壁的外轮廓与左表壁的外轮廓相同。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，滤波片架在后表壁的投影为半环形，所述的半环形的外直径长度R₁等于左表壁外轮廓的半圆形直径，半环形的外直径R₁与内直径R₂之差d₂范围是3-6cm；滤波片架可以放置1-3片滤波片，滤波片的外直径长度等于滤波片架半环形外直径R₁的长度。滤波片架在半环形柱体需要刨空的深度d₁范围是1-3cm，需要刨空的厚度d₃范围是1-4mm。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，底部表壁的形状是半圆柱体，半圆柱体的圆形直径与左表壁的半圆形直径相同，底部表壁的材料可以是熔融石英、玻璃、塑料或者金属；底部表壁的厚度可以是1-3cm；底部接口的外直径是6、 8、10mm；底部接口可以通过标准管道与循环液体泵对接，进行自循环和补充液体；底部接口带有外螺纹，不与液体泵连接时可以用盲板封闭。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，顶部表壁的形状是矩形，矩形的长边等于表壁的长边边长，矩形的短边等于前表壁矩形的长边边长；顶部表壁具有一个圆形的孔洞，圆形孔洞直径为6-10mm，用于液体的注入。顶部表壁的材料可以是熔融石英、玻璃、塑料或者金属；底部表壁的厚度可以是1-3cm。

第二方面，本发明实施例还提出了温控方法，其中，控温基座的半圆柱体表面下放置有热电阻丝或者半导体制冷片，用于加热或者制冷。

本发明通过合理的设计，具有以下优点：

1.液体池具有FC/PC接口，可以接入光纤跳线，通过光纤激光器进行激光输入。

2.前表壁嵌入透镜架，减少了原本前表壁材料色散的引入，可以更有效地产生太赫兹辐射；

3.后表壁具有滤波片架，可以直接放置多种滤波片，得到纯粹的太赫兹辐射；

4.本液体池具有温度控制功能，便于不同温度下液体产生太赫兹辐射的科研实验以及工厂产出；

5.本液体池在底部液体池壁留出管道接口，可以用于液体补充以及循环。

(四)附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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1，一种用于太赫兹辐射产生的液体池的结构示意图

110：左表壁，111：透镜架，112：准直器底座，113：光纤准直器，120：前表壁，130：后表壁，140：右表壁，150：滤波片架，160：底部表壁，161：底部接口，162：底部接口， 170：顶部表壁，200：控温基座

(五)具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以将许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应用被解释为限制于此处阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是未来解释本发明的原理预计其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的实施例以及适合于特定预期的各种修改。在附图中，相同的标号在整个说明书和附图中可用来表示相同的元件。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种用于太赫兹辐射产生的液体池进行详细介绍，参见图1所示的一种用于太赫兹辐射产生的液体池的结构示意图，该液体池包括：左表壁110、透镜架111、准直器底座112、光纤准直器113、前表壁120、后表壁130、右表壁140、滤波片架150、底部表壁160、底部接口161与162以及顶部表壁170。光纤准直器113嵌入在准直器底座112中间，准直器底座112和透镜架111依次嵌入在左表壁110中间。底部接口161和162在底部表壁的最低处对称的两侧。滤波片架150在右表壁 140上。控温基座200的半圆柱体表面下放置有热电阻丝或者半导体制冷片，用于加热或者制冷。底部接口161和162可以选择封闭，或者通过水管接入水泵，进行液体循环。本实施例中，液体池主体部分左表壁110、前表壁120、后表壁130、滤波片架150、底部表壁160、顶部表壁170的材料优选为熔融石英；右表壁140材料为中红外硅，对太赫兹辐射具有高透过率；控温基座200主体材料优选为特氟龙有机材料。液体池的长度和宽度优选为100mm和 60mm，液体池的前表壁120、后表壁130、顶部表壁170、底部表壁的厚度都优选为10mm，液体池左表壁110厚度优选为30mm，液体池右表壁140厚度优选为5mm。乙醇液体从液体池顶部表壁170的孔洞处注入，注满整个液体池(图中隐去液体)。光纤激光器的输出脉冲可以通过光纤跳线接入光纤准直器113，光纤准直器113输出的平行光通过装有透镜的透镜架 111入射进液体。透镜的聚焦长度优选为100mm。激光脉冲与乙醇液体相互作用，产生非线性过程，将产生太赫兹辐射，与此同时会有超连续光谱产生。最终产生的辐射经过右表壁140 出射，在滤波片架150上放置有滤波片。经过滤波片后出射的辐射脉冲会滤除可见光以及中红外光，得到太赫兹波段的辐射。控温基座200具有热电阻丝或者半导体制冷片，可以对液体池主体进行升温或者降温，从而调节太赫兹辐射产生的效率。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求以及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节的各种变化。

Claims (10)

1.一种用于太赫兹辐射产生的液体池，其特征在于，包括：液体池主体和控温基座；所述的液体池主体在所述的控温基座上，而且所述的液体池主体和所述的控温基座贴合在一起。

2.根据权利要求1所述的液体池主体，包括左表壁、光纤准直器、准直器底座、透镜架、前表壁、后表壁、右表壁、滤波片架、底部表壁、底部接口以及顶部表壁；所述的光纤准直器嵌入在所述的准直器底座中；所述的准直器底座和所述的透镜架依次嵌入在左表壁中间；所述的底部接口在所述的底部表壁的最低处对称的两侧；所述的滤波片架在所述的右表壁上。

3.根据权利要求2所述的左表壁的外轮廓是不规则曲线，包含半圆形和矩形的结合；所述的半圆形的直径范围4-10cm，所述的矩形长边边长等于所述的半圆形，所述的矩形短边边长范围是2-5cm；所述的左表壁在所述的半圆形圆心处具有圆形的开孔，开孔的直径可以是2.54cm、3cm或者5.08cm；所述的左表壁的圆形开孔具有内螺纹；所述的左表壁的材料可以是熔融石英、玻璃、塑料或者金属；所述的左表壁的厚度范围3-5cm；所述的光纤准直器具有FC/PC的接口；所述的光纤准直器适用的波段可以是780nm、1060nm、1550nm、2000nm；所述的光纤准直器能承受的光功率范围是0-1W；所述的准直器底座的内直径等于所述光纤准直器的外直径；所述的透镜架具有与所述的左表壁圆形开孔内螺纹匹配的外螺纹；所述的透镜架具有与所述的左表壁圆形开孔匹配的直径；所述的透镜架初始装配有透镜，所述的透镜的材料可以是BK7或者紫外熔融石英，所述的透镜的聚焦直径优选为所属的前表壁的长边边长。

4.根据权利要求2所述的前表壁的材料可以是熔融石英、玻璃、塑料或者金属；所述的前表壁的短边边长等于所述的左表壁矩形的短边边长；所述的前表壁的表壁厚度为1-3cm。

5.根据权利要求2所述的后表壁的材料可以是熔融石英、玻璃、塑料或者金属；所述的后表壁的短边边长等于所述的左表壁矩形的短边边长；所述的后表壁的表壁厚度为1-3cm。

6.根据权利要求2所述的右表壁的材料是中红外硅；所述的右表壁的表壁厚度是0.5-1cm；所述的右表壁的外轮廓与所属的左表壁的外轮廓相同。

7.根据权利要求2所述的滤波片架在所述的后表壁的投影为半环形，所述的半环形的外直径长度R₁等于所述的左表壁外轮廓的半圆形直径，所述的半环形的外直径R₁与内直径R₂之差d₂范围是3-6cm；所述的滤波片架可以放置1-3片滤波片，所述滤波片的外直径长度等于所述滤波片架半环形外直径R₁的长度；所述的滤波片架在半环形柱体需要刨空的深度d₁范围是1-3cm，需要刨空的厚度d₃范围是1-4mm。

8.根据权利要求2所述的底部表壁的形状是半圆柱体，所属的半圆柱体的圆形直径与所述的左表壁的半圆形直径相同，所述的底部表壁的材料可以是熔融石英、玻璃、塑料或者金属；所述的底部表壁的厚度可以是1-3cm；所述的底部接口的外直径是6、8、10mm；所述的底部接口可以通过标准管道与循环液体泵对接，进行自循环和补充液体；所述的底部接口带有外螺纹，不与液体泵连接时可以用盲板封闭。

9.根据权利要求2所述的顶部表壁的形状是矩形，所述的矩形的长边等于所述前表壁的长边边长，所述的矩形的短边等于所述的前表壁矩形的长边边长；所述的顶部表壁具有一个圆形的孔洞，所述的圆形孔洞直径为6-10mm，用于液体的注入；所述的顶部表壁的材料可以是熔融石英、玻璃、塑料或者金属；所述的底部表壁的厚度可以是1-3cm。

10.根据权利要求1所述的控温基座的半圆柱体表面下放置有热电阻丝或者半导体制冷片，用于加热或者制冷。