CN113488831A - 一种电子束泵浦的太赫兹气体激光器 - Google Patents

一种电子束泵浦的太赫兹气体激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电子束泵浦的太赫兹气体激光器，包括电子枪、第一真空抽气***、太赫兹探测器、离轴抛物面镜、耦合孔、收集极、第二真空抽气***、气体储存库、压力传感器、气室、真空腔和谐振腔。本发明提供了一种利用电子学技术产生太赫兹辐射的新方式，即电子束泵浦的太赫兹气体激光器，其不光是气体泵浦激光器的一种太赫兹波段的延伸，也是电子束太赫兹辐射技术的新创新方向。

Description

一种电子束泵浦的太赫兹气体激光器
技术领域
本发明属于太赫兹辐射源技术领域，具体涉及一种电子束泵浦的太赫兹气体激光器。
背景技术
传统的电子束激光器研究分为几类，第一：在上个世纪开展了大量的电子注泵浦的气体激光器，利用高能电子束对Xe、Kr和Ar等惰性气体频段170nm-180nm的紫外光频段；第二，电子束泵浦KrF激光器研究；第三，开展低能量电子束泵浦XeI产生远红外激光的研究工作，采用5-20KeV的电子束，通过一个小孔注入到气室当中，并于气体互作用，产生1.73微米的红外光辐射。但是传统的电子束激光器研究所设计的电子束激光器大多是泵浦可见光波(最多延伸至紫外和红外段)范围，没有将光谱中低于红外波段的太赫兹波作为电子束气体泵浦激光源，大大限制了电子束泵浦激光器的波段范围。
发明内容
本发明的目的是为了解决电子束泵浦激光器的波段范围的问题，提出了一种电子束泵浦的太赫兹气体激光器。
本发明的技术方案是：具有一定能量的电子束轰击在旋转振动能级在太赫兹波段的气体分子上，激发太赫兹辐射。即一种电子束泵浦的太赫兹气体激光器，包括电子枪、第一真空抽气***、太赫兹探测器、离轴抛物面镜、耦合孔、收集极、第二真空抽气***、气体储存库、压力传感器、气室、真空腔和谐振腔；
电子枪固定设置于真空腔的一端；第一真空抽气***和太赫兹探测器均固定开设于真空腔的下端；离轴抛物面镜固定设置于真空腔的内部；真空腔的另一端通过耦合孔和谐振腔的一端固定连接；收集极固定设置于谐振腔的另一端；第二真空抽气***固定开设于谐振腔的上方；第二真空抽气***与气体储存库、压力传感器和气室依次固定连接。
进一步地，谐振腔包括反射镜、气体室和电子束通道；
反射镜固定设置于气体室的两侧内壁上；电子束通道固定设置于谐振腔的内部。
进一步地，气体室内含有旋转振动能级在THz波段的气体分子。
进一步地，电子枪用于产生电子束，并经过真空腔将电子束入射至谐振腔中；
谐振腔用于发生气体分子的振动跃迁，产生太赫兹波，并将太赫兹波在谐振腔内振荡放大；
耦合孔用于将振荡放大后的太赫兹波辐射，并经离轴抛物面镜发射，横向输出至真空腔外；
第一真空抽气***用于提供电子枪运行的真空环境；
太赫兹探测器用于检测是否产生太赫兹波；
收集极用于收集在谐振腔内电子束和气体分子碰撞作用后的电子束；
第二真空抽气***用于控制气体室的真空度，并输入气体分子；
气体存储库用于存储气体分子，并利用第二真空抽气***向气体室输送气体分子；
所述气室用于发生电子束和气体分子的互作用；
所述压力传感器用于控制调节气室的压力。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供了一种利用电子学技术产生太赫兹辐射的新方式，即电子束泵浦的太赫兹气体激光器，其不光是气体泵浦激光器的一种太赫兹波段的延伸，也是电子束太赫兹辐射技术的新创新方向。
(2)与真空电子学太赫兹源相比，电子束泵浦气体分子的太赫兹源不需要超高精度的加工技术和高发射密度的阴极材料作为支撑，也不需要超强的磁场来维持***运行，对真空的要求大大降低。
(3)与固态半导体太赫兹源相比，电子束泵浦气体分子的太赫兹源不需要精密复杂的微加工工艺来制作，大大节约成本和难度，同时输出功率会比固态半导体源要高。
(4)与光学太赫兹源相比，电子束泵浦气体分子的太赫兹源具有输入功率小、成本低和整个***相对体积小的优点。利用电子束轰击气体，产生能级跃迁，产生太赫兹辐射。利用多个腔室的连接，通过反射镜检测到太赫兹辐射。利用电子束轰击气体发生能级跃迁，产生太赫兹辐射并在谐振腔内谐振放大。
附图说明
图1为太赫兹气体激光器的结构图；
图2为谐振腔的结构图；
图中，1、电子枪；2、第一真空抽气***；3、太赫兹探测器；4、离轴抛物面镜；5、耦合孔；6、收集极；7、第二真空抽气***；8、气体储存库；9、压力传感器；10、气室；11、真空腔；12、谐振腔；12-1、反射镜；12-2、气体室；12-3、电子束通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供了一种电子束泵浦的太赫兹气体激光器，包括电子枪1、第一真空抽气***2、太赫兹探测器3、离轴抛物面镜4、耦合孔5、收集极6、第二真空抽气***7、气体储存库8、压力传感器9、气室10、真空腔11和谐振腔12；
电子枪1固定设置于真空腔11的一端；第一真空抽气***2和太赫兹探测器3均固定开设于真空腔11的下端；离轴抛物面镜4固定设置于真空腔1的内部；真空腔11的另一端通过耦合孔5和谐振腔12的一端固定连接；收集极6固定设置于谐振腔12的另一端；第二真空抽气***7固定开设于谐振腔12的上方；第二真空抽气***7与气体储存库8、压力传感器9和气室10依次固定连接。
在本发明实施例中，如图2所示，谐振腔12包括反射镜12-1、气体室12-2和电子束通道12-3；
反射镜12-1固定设置于气体室12-2的两侧内壁上；电子束通道12-3固定设置于谐振腔12的内部。
在本发明实施例中，如图2所示，气体室12-2内含有旋转振动能级在THz波段的气体分子。
在本发明实施例中，电子枪1用于产生电子束，并经过真空腔11将电子束入射至谐振腔12中；
谐振腔12用于发生气体分子的振动跃迁，产生太赫兹波，并将太赫兹波在谐振腔12内振荡放大；
耦合孔5用于将振荡放大后的太赫兹波辐射，并经离轴抛物面镜4发射，横向输出至真空腔11外；
第一真空抽气***2用于提供电子枪1运行的真空环境；通常情况下电子枪中发射电子束的材料需要真空环境；
太赫兹探测器3用于检测是否产生太赫兹波；
收集极6用于收集在谐振腔12内电子束和气体分子碰撞作用后的电子束；收集极是为了收集电子束，电子束经过和气体分子碰撞互作用后还会有大量的能量，会以较高的动能继续运动，因此需要收集装置进行收集；
第二真空抽气***7用于控制气体室12-2的真空度，并输入气体分子；第二真空***是为了控制气体腔室的真空度和输入气体分子，在工作状态下，电子束和气体分子作用，需要将压力控制在某一个范围，并且不断的输入气体；
气体存储库8用于存储气体分子，并利用第二真空抽气***7向气体室12-2输送气体分子；气体存储库是存储气体的空间，在阀门和第二真空***的作用下向气体腔室输送气体分子；
气室10用于发生电子束和气体分子的互作用；
压力传感器9用于控制调节气室10的压力。
电子枪产生的电子束经过真空腔室后，入射到有一定浓度的气体气体腔室当中，气体分子发生转动-振动跃迁，产生太赫兹波，太赫兹波在谐振腔内振荡放大，并通过耦合孔辐射出太赫兹波，太赫兹波经离轴抛物面镜反射，横向输出到真空室外。
本发明的工作原理及过程为：本发明提出一种利用电子束激发气体分子旋转振动能级，进而产生太赫兹辐射的太赫兹气体激光器，其中，电子束由电子枪产生并经过传输后，进入到气体腔室中与气体分子互作用。每个单独的结构都是焊接，保证气密性，每相邻的两个元件连接为真空法兰连接，保证气密性。电子枪产生的电子束经过真空腔室11后，入射到有一定浓度的气体的谐振腔12当中，气体分子发生转动-振动跃迁，产生太赫兹波，太赫兹波在谐振腔内振荡放大，并通过耦合孔5辐射出太赫兹波，太赫兹波经离轴抛物面镜4反射，横向输出到真空室外。
本发明的有益效果为：
(1)本发明提供了一种利用电子学技术产生太赫兹辐射的新方式，即电子束泵浦的太赫兹气体激光器，其不光是气体泵浦激光器的一种太赫兹波段的延伸，也是电子束太赫兹辐射技术的新创新方向。
(2)与真空电子学太赫兹源相比，电子束泵浦气体分子的太赫兹源不需要超高精度的加工技术和高发射密度的阴极材料作为支撑，也不需要超强的磁场来维持***运行，对真空的要求大大降低。
(3)与固态半导体太赫兹源相比，电子束泵浦气体分子的太赫兹源不需要精密复杂的微加工工艺来制作，大大节约成本和难度，同时输出功率会比固态半导体源要高。
(4)与光学太赫兹源相比，电子束泵浦气体分子的太赫兹源具有输入功率小、成本低和整个***相对体积小的优点。利用电子束轰击气体，产生能级跃迁，产生太赫兹辐射。利用多个腔室的连接，通过反射镜检测到太赫兹辐射。利用电子束轰击气体发生能级跃迁，产生太赫兹辐射并在谐振腔内谐振放大。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种电子束泵浦的太赫兹气体激光器，其特征在于，包括电子枪(1)、第一真空抽气***(2)、太赫兹探测器(3)、离轴抛物面镜(4)、耦合孔(5)、收集极(6)、第二真空抽气***(7)、气体储存库(8)、压力传感器(9)、气室(10)、真空腔(11)和谐振腔(12)；
所述电子枪(1)固定设置于真空腔(11)的一端；所述第一真空抽气***(2)和太赫兹探测器(3)均固定开设于真空腔(11)的下端；所述离轴抛物面镜(4)固定设置于真空腔(1)的内部；所述真空腔(11)的另一端通过耦合孔(5)和谐振腔(12)的一端固定连接；所述收集极(6)固定设置于谐振腔(12)的另一端；所述第二真空抽气***(7)固定开设于谐振腔(12)的上方；所述第二真空抽气***(7)与气体储存库(8)、压力传感器(9)和气室(10)依次固定连接。
2.根据权利要求1所述的电子束泵浦的太赫兹气体激光器，其特征在于，所述谐振腔(12)包括反射镜(12-1)、气体室(12-2)和电子束通道(12-3)；
所述反射镜(12-1)固定设置于气体室(12-2)的两侧内壁上；所述电子束通道(12-3)固定设置于谐振腔(12)的内部。
3.根据权利要求2所述的电子束泵浦的太赫兹气体激光器，其特征在于，所述气体室(12-2)内含有旋转振动能级在THz波段的气体分子。
4.根据权利要求3所述的电子束泵浦的太赫兹气体激光器，其特征在于，所述电子枪(1)用于产生电子束，并经过真空腔(11)将电子束入射至谐振腔(12)中；
所述谐振腔(12)用于发生气体分子的振动跃迁，产生太赫兹波，并将太赫兹波在谐振腔(12)内振荡放大；
所述耦合孔(5)用于将振荡放大后的太赫兹波辐射，并经离轴抛物面镜(4)发射，横向输出至真空腔(11)外；
所述第一真空抽气***(2)用于提供电子枪(1)运行的真空环境；
所述太赫兹探测器(3)用于检测是否产生太赫兹波；
所述收集极(6)用于收集在谐振腔(12)内电子束和气体分子碰撞作用后的电子束；
所述第二真空抽气***(7)用于控制气体室(12-2)的真空度，并输入气体分子；
所述气体存储库(8)用于存储气体分子，并利用第二真空抽气***(7)向气体室(12-2)输送气体分子；
所述气室(10)用于发生电子束和气体分子的互作用；
所述压力传感器(9)用于控制调节气室(10)的压力。
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