CN118281671A - 一种连续固体薄膜靶太赫兹辐射源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连续固体薄膜靶太赫兹辐射源系统，属于光学领域，包括飞秒激光放大器、固体薄膜靶和连续运动靶系统；飞秒激光放大器输出的飞秒激光经宽带平面反射镜反射后，经聚焦透镜聚焦在固体薄膜靶上产生等离子体，在固体薄膜靶的前向和后向辐射出太赫兹波；探测前向太赫兹波时将平面反射金镜移走，前向辐射的太赫兹波经第一离轴抛物面镜收集准直后经高阻硅片过滤，再由第二离轴抛物镜会汇聚到探测器上进行探测；探测后向辐射的太赫兹波时将平面反射金镜复位，后向辐射的太赫兹波经第三离轴抛物面镜收集，经平面反射金镜反射后经高阻硅片过滤，再由第二离轴抛物镜会聚到探测器上进行探测；连续运动靶系统用于控制固体薄膜靶的固体薄膜传动。
Description
技术领域
本发明属于光学技术领域，涉及一种连续固体薄膜靶太赫兹辐射源系统。
背景技术
太赫兹波(0.1-10THz)在电磁波谱中位于微波和红外区域之间，具有单光子能量低、对非极性物质穿透性强、指纹特性及宽带性等诸多优势，在生物医学、安检和通信等领域有着重要的应用前景。随着太赫兹技术的发展，更大能量、更强电场的强场太赫兹波(场强在MV/cm以上)逐渐引起了人们的兴趣。场强太赫兹波可以产生许多新奇的物理现象，在物性调控、电子加速、非线性光学和单发太赫兹成像等方面中具有潜在应用价值。
目前产生强场太赫兹波主要基于自由电子激光器、光整流以及激光与等离子体相互作用等方法。自由电子激光器可以产生超强太赫兹波(峰值功率kW以上)，但其设备体积庞大造价昂贵，难以推广，而且这类太赫兹源的转换效率低，会浪费大量能量。基于非线性晶体光整流的太赫兹源具有较高的稳定性和转换效率，但晶体存在声子吸收和损伤阈值等问题，太赫兹波的场强一般限制在几百个kV/cm量级左右。基于飞秒激光与等离子体相互作用的宽频太赫兹波辐射方案因其不存在损伤阈值的限制，故能使用更强的泵浦激光产生更强的太赫兹波。现在比较成熟的方案有气体靶和固体靶。气体靶方案中的飞秒双色场激发产生的太赫兹场强可达MV/cm量级。但由于气体的密度较小，提供的与激光相互作用的分子数量有限，因而当泵浦激光能量增加到一定值时，太赫兹波的输出能量不再随之增加。如在双色场方案中，泵浦激光的光强还达不到1016W/cm2时，太赫兹波的能量已出现饱和。固体有着比气体更高的分子数密度，可以电离出大量电子，进而得以充分利用大能量激光装置产生超强太赫兹辐射。目前基于激光固体靶产生的太赫兹波总能量可达数十个mJ，当激光强度为1019W/cm2时，聚焦的太赫兹场可达GV/cm量级。
然而在激光与固体靶相互作用系统中，整个靶面烧蚀完毕后需要打开真空靶室换靶，再封好靶室，重新抽真空，靶的面积有限导致需要频繁更换新靶，非常耗时。此外，实验中使用的高能量激光器的重复频率通常低于10Hz，故这类系统产生的太赫兹波的重复频率也很低，严重限制了太赫兹波的应用，比如太赫兹时域光谱探测。为了实现基于固体靶的强场太赫兹源的时域光谱探测等相关应用，迫切需要设计一种可较长时间内连续稳定运行的靶装置。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高重频且能够稳定运行的固体靶以实现不低于1个小时的持续稳定的宽频强场太赫兹波输出。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种连续固体薄膜靶太赫兹辐射源系统，包括飞秒激光放大器、固体薄膜靶、连续运动靶系统以及一个可移动和复位的平面反射金镜；所述飞秒激光放大器作为产生太赫兹辐射的激励源，其出射的激光束经宽带平面反射镜反射，然后经聚焦透镜聚焦在固体薄膜靶上产生等离子体，在固体薄膜靶的前向和后向辐射出太赫兹波；其中前向太赫兹波经第一离轴抛物面镜收集准直，然后经所述高阻硅片过滤，再由所述第二离轴抛物镜会汇聚到探测器上进行探测；后向辐射的太赫兹波首先经第三离轴抛物面镜收集，然后经所述平面反射金镜反射，接着经一高阻硅片过滤，最后由第二离轴抛物镜会聚到探测器上进行探测；所述连续运动靶系统用于控制固体薄膜靶的传动。
进一步，是连续运动靶系统为录像机，所述固体薄膜靶为盒式磁带，所述录像机的传送端设有固定板，所述固定板上设有多个滑轮，所述盒式磁带安装在录像机内，将磁带绷紧在滑轮上进行传动。
进一步，飞秒激光放大器输出的激光束依次经补偿光路中三个宽带平面反射镜反射，再经聚焦透镜聚焦在固体薄膜靶上。
进一步，为了每发激光脉冲都能都能与新的靶面相互作用，考虑到靶带的移动速度，实际打靶激光的重复频率最高设为500Hz。
本发明的有益效果在于：
1、本发明克服了传统固体靶太赫兹源采用有限固定面积的固体靶导致需要频繁换靶而无法连续扫描采样的问题。
2、本发明利用了现有的录像机和磁带作为驱动系统和靶带加以改进，搭建了一套运行稳定适合连续采样的磁带薄膜靶系统，系统结构简单易实施、方便操作。
3、本发明中的固体薄膜靶可以长时间连续工作，既能充分发挥激光与固体靶相互作用产生宽带强场太赫兹波的优势，同时又能保持较高的采样频率。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为所述连续固体薄膜靶太赫兹辐射源系统结构示意图；
图2为所述连续固体薄膜靶系统结构示意图；
附图标记：飞秒激光放大器系统1，宽带介质膜平面反射镜2、3、4，聚焦透镜5，固体薄膜靶6，太赫兹辐射源7，连续运动靶系统8，第一离轴抛物面镜9、第二离轴抛物面镜10，探测器11，第三离轴抛物面镜12，平面反射金镜13，高阻硅片14，传送带滑轮15、16、17、18。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图2，本发明提供一种连续固体薄膜靶太赫兹辐射源系统，包括飞秒激光放大器系统1和连续固体薄膜靶系统，其中飞秒激光放大器系统1作为产生太赫兹辐射的激励源，连续固体薄膜靶系统包括：固体薄膜靶6、连续运动靶系统8和传送带滑轮15、16、17、18。来自飞秒激光放大器系统1的激光束经宽带平面反射镜2、3、4反射后经聚焦透镜5，再会聚到由连续运动靶系统8控制的绷紧的固体薄膜靶6上产生等离子体，在靶的前向和后向辐射出太赫兹波7。探测前向辐射的太赫兹波时，将一个放置在第一离轴抛物面镜9和第二离轴抛物镜10之间的可移动和精确复位的平面反射金镜13移走，前向辐射的太赫兹波经第一离轴抛物面镜9收集准直后经高阻硅片14过滤掉残余激光和激光等离子体发光，再由第二离轴抛物镜10会汇聚到探测器11上进行探测。探测后向辐射的太赫兹波时，将平面反射金镜13复位，后向太赫兹波经过第三离轴抛物面镜12准直后，经平面反射金镜13反射，然后经过高阻硅片14过滤，再经第二离轴抛物面镜10会聚后进入探测器11探测。在本实施例中，连续运动靶系统8为传统的录像机，固体薄膜靶6为与录像机配合使用的盒式磁带，为了防止靶带在转动过程中卡顿，用一块铝合金板与录像机连接固定，在铝合金板的顶端打孔后固定两个滑轮16、17，确定好两个滑轮的相对位置，再放置两个滑轮15、18，保证一定距离内磁带靶在绕滑轮转动过程中保持绷紧状态的同时又不会因为太紧而导致转速变慢甚至停止转动。优化激光的复重频率，使每一发次激光脉冲都能落在靶带的新位置上且靶带仍然有足够的强度连续工作，不会被击穿裂成两片。多次实验后确定打靶激光的重频最高可设置为500Hz，考虑到采样效率，将激光重复频率设置为500Hz，因此产生的太赫兹波的重复频率最高可达500Hz。
在本发明中，用飞秒激光辐照盒式磁带，基于渡越辐射原理在激光透射和反射两个方向上均产生了太赫兹波，充分提高了转换效率，选择成熟的录像机作为传动系统，既发挥了激光与固体靶相互作用产生宽带强场太赫兹波的优势，又保持了较高的采样频率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种连续固体薄膜靶太赫兹辐射源系统，其特征在于：包括飞秒激光放大器、固体薄膜靶、连续运动靶系统以及一个可移动和复位的平面反射金镜；所述飞秒激光放大器作为产生太赫兹辐射的激励源，其出射的激光束经宽带平面反射镜反射，然后经聚焦透镜聚焦在固体薄膜靶上产生等离子体，在固体薄膜靶的前向和后向辐射出太赫兹波；其中前向辐射的太赫兹波经第一离轴抛物面镜收集准直后经所述高阻硅片过滤，再由所述第二离轴抛物镜会汇聚到探测器上进行探测；后向辐射的太赫兹波首先经第三离轴抛物面镜收集，然后经所述平面反射金镜反射，接着经一高阻硅片过滤，最后由第二离轴抛物镜会聚到探测器上进行探测；所述连续运动靶系统用于控制固体薄膜靶的固体薄膜传动。
2.根据权利要求1所述的连续固体薄膜靶太赫兹辐射源系统，其特征在于：所述连续运动靶系统为录像机，所述固体薄膜靶为盒式磁带，所述录像机的传送端设有固定板，所述固定板上设有多个滑轮，所述盒式磁带安装在录像机内，将磁带绷紧在滑轮上进行传动。
3.根据权利要求1所述的连续固体薄膜靶太赫兹辐射源系统，其特征在于：所述飞秒激光放大器输出的激光束依次经补偿光路中三个宽带平面反射镜反射，再经聚焦透镜聚焦在固体薄膜靶上。
4.根据权利要求1所述的连续固体薄膜靶太赫兹辐射源系统，其特征在于：打靶激光的重复频率最高为500Hz。
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