本發(fā)明涉及太赫茲應(yīng)用，尤其是涉及一種自聚焦式強(qiáng)場太赫茲輻射源系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、太赫茲波是頻率介于0.1-10thz(每秒10的12次方個(gè)振動(dòng)周期)范圍的電磁波。該頻段的電磁波具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，例如：許多物質(zhì)成分在太赫茲頻段有獨(dú)特的頻譜特征；太赫茲波不會(huì)被常見固體材料如塑料、紙、陶瓷等吸收；太赫茲的光子能量與分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)相當(dāng)?shù)?。因而太赫茲技術(shù)在生物、化學(xué)、半導(dǎo)體、航天及軍事等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

2、困擾太赫茲技術(shù)發(fā)展的主要因素是缺少方便、穩(wěn)定、高強(qiáng)度、高轉(zhuǎn)化效率的太赫茲源。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，太赫茲源的發(fā)展也迎來了突破?；诩す庀到y(tǒng)的太赫茲源包括：基于光整流效應(yīng)的非線性晶體（如znte、gap、linbo3晶體等）、光電導(dǎo)天線（基于gaas、ingaas等）以及基于鐵磁-重金屬薄膜膜的自旋電子學(xué)太赫茲源等。其中，非線性晶體或光電導(dǎo)天線的太赫茲轉(zhuǎn)化效率較高，是用來產(chǎn)生強(qiáng)場太赫茲的常用方案。但這兩種太赫茲源存在著激發(fā)光路復(fù)雜、價(jià)格昂貴、穩(wěn)定性差、只適用于特定激發(fā)波長的缺點(diǎn)，而基于鐵磁-重金屬薄膜膜的自旋電子學(xué)太赫茲源相較于前兩者具有成本更低、配置更簡單、穩(wěn)定性好、不依賴特定激發(fā)光源波長的優(yōu)點(diǎn)。然而該方案的局限性在于，對(duì)基于鐵磁-重金屬薄膜膜的自旋電子學(xué)太赫茲源施加強(qiáng)激光時(shí)，薄膜層容易在激光的高溫下?lián)]發(fā)，因此施加在單位面積薄膜上的激光的功率存在閾值，從而導(dǎo)致單位面積的自旋電子學(xué)太赫茲源產(chǎn)生太赫茲輻射的功率較低。目前提高功率閾值的方法之一是保持單位面積激發(fā)光功率不變的情況下，增大鐵磁-重金屬薄膜的面積從而提高總的太赫茲輻射功率，因此需要一種簡潔、高效的太赫茲會(huì)聚手段來將橫截面積較大的太赫茲光束會(huì)聚在所需的位置，以提高單位空間太赫茲的電場強(qiáng)度。傳統(tǒng)的會(huì)聚方法依賴于鍍金的離軸拋物面鏡或太赫茲透鏡，這些方法大幅增加了系統(tǒng)的整體成本，而且發(fā)射出的太赫茲波需要經(jīng)過額外的反射或透射步驟，減弱了光路的易用性，因此并非最優(yōu)的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種自聚焦式強(qiáng)場太赫茲輻射源系統(tǒng)，以解決背景技術(shù)中的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種自聚焦式強(qiáng)場太赫茲輻射源系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的激光器、激光擴(kuò)束系統(tǒng)和自聚焦太赫茲轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，激光器為飛秒脈沖激光器，激光擴(kuò)束系統(tǒng)包括依次設(shè)置的平凹透鏡和平凸透鏡一，自聚焦太赫茲轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括樣品支架、自旋電子學(xué)太赫茲源薄膜和永磁體，樣品支架為銅質(zhì)樣品支架，自旋電子學(xué)太赫茲源薄膜安裝在樣品支架上，永磁體對(duì)稱設(shè)置在樣品支架的兩側(cè)，樣品支架上設(shè)置有一個(gè)圓孔，圓孔中間設(shè)置有臺(tái)階，圓孔被臺(tái)階分割成區(qū)域一和區(qū)域二。

3、優(yōu)選的，平凹透鏡凹面?zhèn)让驽冇锌狗瓷涔鈱W(xué)薄膜，平凸透鏡一平面?zhèn)儒冇锌狗瓷涔鈱W(xué)薄膜，平凹透鏡和平凸透鏡一的材質(zhì)為具有較低熱膨脹系數(shù)的熔融石英。

4、優(yōu)選的，激光擴(kuò)束系統(tǒng)還包括位移臺(tái)底座一和位移臺(tái)底座二，平凹透鏡固定在位移臺(tái)底座一上，平凸透鏡一固定在位移臺(tái)底座二上，樣品支架底部設(shè)置有位移臺(tái)底座三。

5、優(yōu)選的，自旋電子學(xué)太赫茲源薄膜的結(jié)構(gòu)為由一層鐵磁金屬薄膜層生長在一層重金屬薄膜層上構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)，或者在該異質(zhì)結(jié)的鐵磁金屬薄膜外側(cè)再生長一層重金屬薄膜以增強(qiáng)自旋流的注入能力。

6、優(yōu)選的，自旋電子學(xué)太赫茲源薄膜生長在基底上。

7、優(yōu)選的，區(qū)域一內(nèi)固定安裝有平凸透鏡二，基底固定在區(qū)域二內(nèi)，基底上生長有自旋電子學(xué)太赫茲源的一側(cè)朝向區(qū)域一的平凸透鏡二，基底和平凸透鏡二之間相隔1mm。

8、優(yōu)選的，區(qū)域一固定安裝有平凸透鏡二和基底。

9、優(yōu)選的，樣品支架側(cè)面設(shè)置有螺紋孔，永磁體通過螺紋孔安裝在樣品支架上。

10、優(yōu)選的，樣品支架上設(shè)置有散熱裝置，散熱裝置包括水冷管道和管道接口，水冷管道安裝在樣品支架內(nèi)部，管道接口一端與水冷管道連接，另一端通過水管外接水冷機(jī)。

11、因此，本發(fā)明采用上述的一種自聚焦式強(qiáng)場太赫茲輻射源系統(tǒng)，具有以下有益效果：采用將自旋電子學(xué)太赫茲源和會(huì)聚系統(tǒng)集成在一起的方式，產(chǎn)生會(huì)聚的太赫茲輻射，從而在不減弱自旋電子學(xué)太赫茲源的激發(fā)功率和會(huì)聚點(diǎn)太赫茲輻射場強(qiáng)的情況下，使整套系統(tǒng)成本更低，光路更簡潔易用。

12、下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種自聚焦式強(qiáng)場太赫茲輻射源系統(tǒng)，其特征在于：包括依次設(shè)置的激光器、激光擴(kuò)束系統(tǒng)和自聚焦太赫茲轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，激光器為飛秒脈沖激光器，激光擴(kuò)束系統(tǒng)包括依次設(shè)置的平凹透鏡和平凸透鏡一，自聚焦太赫茲轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括樣品支架、自旋電子學(xué)太赫茲源薄膜和永磁體，樣品支架為銅質(zhì)樣品支架，自旋電子學(xué)太赫茲源薄膜安裝在樣品支架上，永磁體對(duì)稱設(shè)置在樣品支架的兩側(cè)，樣品支架上設(shè)置有一個(gè)圓孔，圓孔中間設(shè)置有臺(tái)階，圓孔被臺(tái)階分割成區(qū)域一和區(qū)域二。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自聚焦式強(qiáng)場太赫茲輻射源系統(tǒng)，其特征在于：平凹透鏡凹面?zhèn)让驽冇锌狗瓷涔鈱W(xué)薄膜，平凸透鏡一平面?zhèn)儒冇锌狗瓷涔鈱W(xué)薄膜，平凹透鏡和平凸透鏡一的材質(zhì)為具有較低熱膨脹系數(shù)的熔融石英。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自聚焦式強(qiáng)場太赫茲輻射源系統(tǒng)，其特征在于：激光擴(kuò)束系統(tǒng)還包括位移臺(tái)底座一和位移臺(tái)底座二，平凹透鏡固定在位移臺(tái)底座一上，平凸透鏡一固定在位移臺(tái)底座二上，樣品支架底部設(shè)置有位移臺(tái)底座三。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自聚焦式強(qiáng)場太赫茲輻射源系統(tǒng)，其特征在于：自旋電子學(xué)太赫茲源薄膜的結(jié)構(gòu)為由一層鐵磁金屬薄膜層生長在一層重金屬薄膜層上構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)，或者在該異質(zhì)結(jié)的鐵磁金屬薄膜外側(cè)再生長一層重金屬薄膜。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自聚焦式強(qiáng)場太赫茲輻射源系統(tǒng)，其特征在于：自旋電子學(xué)太赫茲源薄膜生長在基底上。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自聚焦式強(qiáng)場太赫茲輻射源系統(tǒng)，其特征在于：區(qū)域一內(nèi)固定安裝有平凸透鏡二，基底固定在區(qū)域二內(nèi)，基底上生長有自旋電子學(xué)太赫茲源的一側(cè)朝向區(qū)域一的平凸透鏡二，基底和平凸透鏡二之間相隔1mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自聚焦式強(qiáng)場太赫茲輻射源系統(tǒng)，其特征在于：區(qū)域一固定安裝有平凸透鏡二和基底。

8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種自聚焦式強(qiáng)場太赫茲輻射源系統(tǒng)，其特征在于：樣品支架側(cè)面設(shè)置有螺紋孔，永磁體通過螺紋孔安裝在樣品支架上。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種自聚焦式強(qiáng)場太赫茲輻射源系統(tǒng)，其特征在于：樣品支架上設(shè)置有散熱裝置，散熱裝置包括水冷管道和管道接口，水冷管道安裝在樣品支架內(nèi)部，管道接口一端與水冷管道連接，另一端通過水管外接水冷機(jī)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種自聚焦式強(qiáng)場太赫茲輻射源系統(tǒng)，屬于太赫茲應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，包括依次設(shè)置的激光器、激光擴(kuò)束系統(tǒng)和自聚焦太赫茲轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，激光器為飛秒脈沖激光器，激光擴(kuò)束系統(tǒng)包括依次設(shè)置的平凹透鏡和平凸透鏡一，自聚焦太赫茲轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括樣品支架、自旋電子學(xué)太赫茲源薄膜和永磁體，樣品支架為銅質(zhì)樣品支架，自旋電子學(xué)太赫茲源薄膜通過生長在基底上以安裝在樣品支架上，永磁體對(duì)稱設(shè)置在樣品支架的兩側(cè)。本發(fā)明采用上述系統(tǒng)，能夠在不增加復(fù)雜光學(xué)元件和提高系統(tǒng)成本的情況下實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的太赫茲輻射。

技術(shù)研發(fā)人員：齊靜波,劉捷,程亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15