[发明专利]一种基于纳米气泡诱导的太赫兹产生装置

说明书

本发明涉及超快光学应用技术领域，具体涉及一种基于纳米气泡诱导的太赫兹产生装置，包括激光发生单元，用于发射出脉冲激光；光丝产生单元，与所述激光发生单元的输出端连接，用于将所述脉冲激光聚集在储存的纳米溶液中，以产生等离子体光丝；纳米气泡产生单元，与所述光丝产生单元连接，用于产生纳米气泡，并向光丝产生单元的纳米溶液中输送纳米气泡，使得纳米气泡与等离子体光丝混合后能够发生膨胀和破裂，并形成冲击波以产生太赫兹波。本发明的太赫兹产生装置能够通过纳米气泡诱导产生太赫兹波，从而能够兼顾太赫兹波的产生效果和生产成本。

技术领域

本发明涉及超快光学应用技术领域，具体涉及一种基于纳米气泡诱导的太赫兹产生装置。

背景技术

太赫兹波的波谱范围在微波和红外之间，其波长范围介于0.03mm-3mm之间，对应的频率范围0.1THz-10THz之间，频谱上处于已经被深入研究的微波和中红外波之间。太赫兹具有独特的性质，因为太赫兹可以穿透常见的介质材料，如纸质、皮革、塑料、织物等，使得其在材料学、信息科学、物理学、生物学、医学以及军事等方面均有应用。现有技术中，产生的太赫兹波的谱宽范围仅为0～5 THz，这对物质的检测局限在一个很小的波段，因此，需要一种产生宽谱太赫兹波的装置。

为此，公开号为CN109994917A的中国专利公开了一种宽频强场太赫兹脉冲辐射源产生和探测装置，包括飞秒激光放大器系统、多功能靶室系统、气体控制系统、聚焦系统、倍频晶体电控系统、太赫兹波束转接系统和相干探测系统；飞秒激光经聚焦系统聚焦后穿过倍频晶体形成倍频光，基频光与倍频光在靶室腔体内气体中聚焦产生等离子体太赫兹辐射；该方案中，太赫兹波经过波束转接系统后在探测系统的氮气罩中氮气环境下进行相干探测。该现有方案中，利用飞秒激光产生飞秒光丝，并在气体原子中产生宽谱太赫兹波，且通过补偿气体压强的方式，提高了太赫兹波辐射强度和拓展其频谱范围。

飞秒激光为时间尺度在几飞秒到几百飞秒之间的激光脉冲。飞秒激光在非线性介质中传输时会产生飞秒光丝，飞秒光丝为飞秒激光在介质中产生的一种在时间和空间上都具有特殊属性的等离子体通道。飞秒光丝的芯径大小仅在50～200 μm范围内，飞秒光丝的产生是由于克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应达到动态平衡而引起的非线性现象。

上述现有方案利用飞秒光丝在气体原子中产生太赫兹波，但是气体存在非线性系数和自由电子密度较小的问题，使得需要峰值功率至少10GW的高功率飞秒光源（飞秒激光或亚飞秒激光），才能产生宽谱太赫兹波，而高功率飞秒激光光源成本非常高，这使得上述现有方案很难应用于实际生产。现有技术中还采用在液体中产生太赫兹波的方法，其通过多色激光混频技术实现，而多色激光在产生过程中，需要多个同步光源，或者高损伤阈值的非线性晶体，这使得产生太赫兹波的成本仍然非常高。此外，针对太赫兹波生产成本的问题，现有技术中，还采用半导体天线或光参量转换产生太赫兹的方法，但是该方案产生的太赫兹辐射频率很窄且能量较低（能量只有几个纳焦），其产生太赫兹的效果不好。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种通过纳米气泡诱导产生太赫兹波的太赫兹产生装置，以兼顾太赫兹波的产生效果和生产成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于纳米气泡诱导的太赫兹产生装置，包括：

激光发生单元，用于发射出脉冲激光；

光丝产生单元，与所述激光发生单元的输出端连接，用于将所述脉冲激光聚集在储存的纳米溶液中，以产生等离子体光丝；

纳米气泡产生单元，与所述光丝产生单元连接，用于产生纳米气泡，并向光丝产生单元的纳米溶液中输送纳米气泡，使得纳米气泡与等离子体光丝混合后能够发生膨胀和破裂，并形成冲击波以产生太赫兹波。