[发明专利]千赫兹重频高能太赫兹发生装置

说明书

本发明设计了一种千赫兹重频高能太赫兹产生装置，包括：金属丝缠绕固定结构、金属丝传动结构和固定机架。其中利用千赫兹重频飞秒激光与直径毫米量级的金属丝相互作用，该过程可产生太赫兹辐射；通过电机控制传动金属丝可以得到连续稳定的太赫兹输出。本发明设计的金属丝缠绕固定结构，能够实现长时间稳定连续旋转，并且磨损后可更换，进一步提高了结构的稳定性和可持续性，能够得到高能、稳定、连续的太赫兹辐射输出是本发明的最大优点。

技术领域

本发明涉及太赫兹辐射产生，具体涉及一种千赫兹重频高能太赫兹产生装置。

背景技术

太赫兹辐射通常是指跨越0.1-10THz的频带，其位于电磁波谱的微波和红外区域之间。由于缺乏有效的光源和探测器，电子和光子学之间的这种“太赫兹gap”直到20世纪80年代的物理学进展之前仍未被探索。随着科学技术的进步发展，人类迫切需要合适的太赫兹源来进行各种各样的科学研究。

近几十年，太赫兹及其相关研究领域一直是科学家们研究的热点，太赫兹的应用十分广泛，从军事、安保、生物医学成像到化学研究和空间通讯等等无处不展现了太赫兹巨大的应用价值。由于其特殊的非电离特性，太赫兹可以轻松穿透几毫米的生物组织而不产生损伤，而且在未来有望替代X射线进行生物成像等相关研究。

目前，主要通过自由电子激光受激辐射、回旋加速器发射或者电光晶体的非线性转换来产生太赫兹源。然而，目前通过相对论电子束线产生自由电子激光的装置十分庞大，比如直线加速器，长度高达几百米甚至公里量级制造成本高昂；利用电子在回旋加速器的磁场条件苛刻，磁场强度需要达到几十特斯拉量级，才能满足其回旋共振条件；基于激光在非线性晶体中的光整流效应从而产生的太赫兹辐射强度很低，主要原因是受限于非线性晶体的低损伤阈值，激光极易打坏晶体。因此设计一个高能太赫兹发生装置具有重要的意义和应用价值。

有研究表明，利用一束超强超短激光入射微米级直径金属丝靶，通过激光与等离子体的相互作用产生定向的高能电子发射，同时基于电荷分离在金属丝上瞬间产生一个极强的径向瞬态电场。该电场导引沿金属丝方向附近发射的大量高能电子沿金属丝传输并进行周期性的螺旋运动——相当于电子书在一微型波荡器中的螺旋运动，这种运动产生了强THz辐射。通过改变金属丝的直径可以改变径向电场的强度，从而改变波荡器的周期，获得频率可调谐的近单周期宽带太赫兹辐射。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有缺陷，设计了一种千赫兹重频高能太赫兹产生装置，不仅能够解决目前太赫兹辐射强度低的问题，而且具有稳定性高，可移动，结构紧凑，制作简单，操作方便等优点。

本发明采取的技术方案如下：

一种千赫兹重频高能太赫兹产生装置，其特点在于，包括金属丝缠绕固定结构、金属丝传动结构和固定机架；

所述的固定机架由两块互相平行的底座和连接这两块底座的底板组成，在所述的底板上方设有贯穿该底板的激光入射孔；

所述的金属丝缠绕固定结构固定在底板一侧，包括主动轮、第一从动轮、第二从动轮、放线轮、收线轮和金属丝，所述的主动轮和第一从动轮位于激光入射孔的两侧，且上表面在处于同一水平线上，以确保传输过程中金属丝保持水平没有上下抖动，所述的第二从动轮位于主动轮的偏左下方，以确保太赫兹辐射的出射方向，所述的金属丝的一端固定在收线轮上，另一端依次经第二从动轮、主动轮、第一从动轮与放线轮相连；

所述的金属丝传动结构固定在底板另一侧，包括主动轮驱动带轮、电机驱动带轮、皮带和过载保护机构，所述的主动轮驱动带轮与主动轮同轴，过载保护机构与收线轮同轴；

在所述的底板上还设有电机，该电机的驱动轴与电机驱动带轮相连，电机驱动带轮通过皮带带动主动轮驱动带轮和过载保护机构转动，进而使主动轮和收线轮同源驱动，从而带动第二从动轮、第一从动轮与放线轮同步转动，最终使金属丝匀速运动。

通过调节步进电机控制电机驱动带轮的转速，进而控制整体转速。