[发明专利]一种含有飞秒激光等离子体丝的双线传输线装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有飞秒激光等离子体丝的双线传输线装置，属于电磁波传导技术领域。

背景技术

电磁信号传输技术日益成熟，传统的非接触式电磁能传导技术存在天线口径和测量电磁能量密度难以兼顾的问题，如：抛物面型微波天线，其传输信号的方向性由天线的口径来决定，只有增大天线的口径才能提高所传输电磁信号的方向性。但这种传能方式需要很大口径尺寸(达数米)的天线，其硬件要求对于利用射频方式传输高能量的实际需要无法实现的，不适合用作高能量密度电磁能的定向传递。[翟亦峰，娄华威.一种抛物面天线的自动折叠方案及实现.2007，23(3)：41-43]

随着飞秒激光及其放大技术的不断发展，以及人们对其在空气中产生的等离子体丝的特性研究不断深入，将飞秒激光等离子体丝作为一条虚拟的传导线并应用于对电磁信号的传导中成为可能。飞秒激光在大气中形成的等离子体通道长度可达公里量级，通道直径约在100-200μm之间，丝内的电子密度为10¹⁴/cm³到10¹⁸/cm³，单位长度的电阻在3.6×10⁵到6.4×10⁷Ω/m之间，较空气电阻提高了至少6个数量级，相当于一根复杂的柱形传输线，可以结合电磁波的传导理论，引导电磁波沿一定方向长距离传输。[A.Becker，N.K.Vijayalakshmi，E.Oral，C.M.Bowden，and S.L.Chin，Intensity clamping and re-focusing of intense femtosecond laser pulses in nitrogen molecular gas，Appl.Phys.2001，B 73，2187-2290]

发明内容

为解决非接触式、虚拟传输线定向传输高能量密度电磁能的问题，本发明提供了一种含有飞秒激光等离子体丝的双线传输线装置，利用飞秒激光脉冲在大气中形成数米长的等离子体丝和铜丝构成平行传输线装置。如图1所示，本发明之一种含有飞秒激光等离子体丝的双线传输线装置，其包括飞秒激光器1、聚焦透镜2、含有激光等离子体丝的双线传输线3、发射波导I 4、同轴转换器I 5、信号发生器6、接收波导II7、同轴转换器II 8、检波器9和示波器10构成；其中，飞秒激光器1、聚焦透镜2和含有激光等离子体丝的双线传输线3依次连接；信号发生器6、同轴转换器I 5和发射波导I 4依次连接；含有激光等离子体丝的双线传输线3分别与发射波导I 4和接收波导II 7连接；接收波导II 7、同轴转换器II 8、检波器9与示波器10依次连接；发射波导I 4和接收波导II7结构相同，由上三角铜片18、下三角铜片19和矩形波导17构成，如图4所示。

飞秒激光器1产生的飞秒激光脉冲在空气中经聚焦透镜2会聚后产生等离子体丝，该等离子体丝与直径为0.5mm的铜丝构成平行双线传输线结构，即含有等离子体丝的双线传输线3，双线在同一平面上，且间距为1cm。由信号发生器6输出电磁波信号，经同轴转换器I 5导入发射波导I 4，并耦合到含有等离子体丝双线3中；

发射波导I 4和接收波导II 7中的上三角铜片18的内平面与波导17上端的内平面保持水平，下三角铜片19的内平面与波导17下端的内平面保持水平。激光等离子体丝从距离波导的上三角铜片18尖端100μm处通过，铜丝与发射波导I 4下三角铜片19尖端紧靠，由接收波导II 7接收电磁信号，经同轴转化器II 8和同轴晶体检波器9将电磁信号转化为直流信号后，由示波器10检测接收到的电磁信号；

沿双线传输线方向改变发射波导I(4)和接收波导II(7)的间距，改变发射波导I 4和接收波导II7的间距，观察示波器探测到的电磁信号，验证含有飞秒激光等离子体丝的双线传输线装置传导电磁信号的能力；

所述的操作流程如图2所示。结合硬件操作流程并说明本发明的含有飞秒激光等离子体丝的双线传输线装置传输电磁信号的步骤如下：

执行步骤11，开始，装置自检；自检正常，执行步骤12；

执行步骤12，开启飞秒激光器1，产生的飞秒激光脉冲经聚焦透镜2聚焦后在空气中形成等离子体丝，并与铜丝构成双线传输线结构3，本发明装置进入预工作状态；

执行步骤13，信号发生器6输出电磁波信号，含有飞秒激光等离子体丝的双线传输线装置正式进入工作状态；