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原文传递提高太赫兹波增强声波信号的灵敏度和效率的系统和方法

专利名称：	提高太赫兹波增强声波信号的灵敏度和效率的系统和方法
摘要：	本发明公开一种提高太赫兹波增强声波信号的灵敏度和效率的系统和方法，其中系统包括依次设置在光路上的激光器、分光棱镜、光参量放大器、DAST有机晶体、太赫兹滤波片、第一太赫兹偏振片、第二太赫兹偏振片、打孔离轴抛物面镜、第一反射镜、光衰减片、第二反射镜、四分之一波片、凸透镜、麦克风和锁相放大器；四分之一波片能将激光从线偏振改为圆偏振，不同偏振态激光通过打孔离轴抛物面镜聚焦形成的等离子体的声波信号强度不同，而太赫兹波对不同等离子体声波的增强也不同。本发明有助于了解空气等离子体声发射的机理，为研究动态等离子体与电磁辐射之间的相互作用打下了良好的基础。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	首都师范大学
发明人：	张亮亮;王国阳;杨博东;张明浩;肖文;张存林
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-04T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-14T00:00:00+0800
申请号：	CN202310816257.3
公开号：	CN117054397A
代理机构：	北京科龙寰宇知识产权代理有限责任公司
代理人：	孙皓晨
分类号：	G01N21/71;G01N21/01;G01H9/00;G01H11/06;G;G01;G01N;G01H;G01N21;G01H9;G01H11;G01N21/71;G01N21/01;G01H9/00;G01H11/06
申请人地址：	100048 北京市海淀区西三环北路105号
主权项：	1.一种提高太赫兹波增强声波信号的灵敏度和效率的系统，其特征在于，包括依次设置在光路上的激光器、分光棱镜、光参量放大器、DAST有机晶体、太赫兹滤波片、第一太赫兹偏振片、第二太赫兹偏振片、打孔离轴抛物面镜、第一反射镜、光衰减片、第二反射镜、四分之一波片、凸透镜、麦克风和锁相放大器，其中：所述激光器发射波长为800nm的激光，所述波长为800nm的激光经过所述分光棱镜分成一束泵浦光和一束探测光；所述泵浦光入射至所述光参量放大器后输出波长为1550nm的激光，所述波长为1550nm的激光入射至所述DAST有机晶体产生太赫兹波，太赫兹波经过所述太赫兹滤波片滤除杂散光之后再依次经过所述第一太赫兹偏振片和所述第二太赫兹偏振片，经由所述打孔离轴抛物面镜反射后聚焦；所述探测光依次经过所述第一反射镜、所述光衰减片、所述第二反射镜、所述四分之一波片与所述凸透镜后，从所述打孔离轴抛物面镜背面小孔入射并与太赫兹波共同聚焦形成等离子体，其中，所述四分之一波片用于将激光偏振态从线偏振改为圆偏振；从所述等离子体中产生的声音信号通过所述麦克风探测收集后，再通过所述锁相放大器进行信号放大。 2.根据权利要求1所述的提高太赫兹波增强声波信号的灵敏度和效率的系统，其特征在于，所述激光器为飞秒激光放大器。 3.根据权利要求1所述的提高太赫兹波增强声波信号的灵敏度和效率的系统，其特征在于，所述第一太赫兹偏振片为能够旋转的偏振片，其用于改变太赫兹波的偏振状态，所述第二太赫兹偏振片为不能旋转的偏振片，其仅用于使太赫兹波在竖直方向上的分量通过，通过旋转所述第一太赫兹偏振片来改变太赫兹波与竖直方向的夹角，进而改变太赫兹波的电场强度。 4.根据权利要求1所述的提高太赫兹波增强声波信号的灵敏度和效率的系统，其特征在于，由所述DAST有机晶体产生的太赫兹波的电场强度能够通过所述第一太赫兹偏振片和所述第二太赫兹偏振片进行调控，其电场强度能够调整的范围为2.75～11MV/cm。 5.根据权利要求1所述的提高太赫兹波增强声波信号的灵敏度和效率的系统，其特征在于，所述光衰减片能够调控所述探测光的能量，其中所述探测光的能量强度能够调整的范围为100～500μJ。 6.根据权利要求1所述的提高太赫兹波增强声波信号的灵敏度和效率的系统，其特征在于，所述麦克风的频率响应范围为20Hz～20kHz。 7.根据权利要求1所述的提高太赫兹波增强声波信号的灵敏度和效率的系统，其特征在于，所述麦克风与所述等离子体的距离为3mm。 8.根据权利要求1所述的提高太赫兹波增强声波信号的灵敏度和效率的系统，其特征在于，所述锁相放大器使用激光重复频率的第20次谐波作为参考信号测量20kHz的声信号。 9.一种提高太赫兹波增强声波信号的灵敏度和效率的方法，其通过权利要求1～8任一项所述的系统实现，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤S1：将激光器设置为发射波长为800nm的激光；步骤S2：调整分光棱镜，使波长为800nm的激光经过分光棱镜分出一束泵浦光和一束探测光；步骤S3：所述泵浦光入射至光参量放大器后输出波长为1550nm的激光，所述波长为1550nm的激光入射至DAST有机晶体产生太赫兹波，太赫兹波经过太赫兹滤波片滤除杂散光之后再依次经过第一太赫兹偏振片、第二太赫兹偏振片后，经由打孔离轴抛物面镜反射后聚焦；所述探测光依次经过第一反射镜、光衰减片、第二反射镜、四分之一波片与凸透镜后，从打孔离轴抛物面镜背面小孔入射与太赫兹波共同聚焦到空气中；步骤S4：当探测光聚焦到空气后，空气在很短时间内被探测光电离激发形成等离子体，等离子体向外辐射冲击波并快速衰变成等离子体声波；太赫兹波聚焦到等离子体上后，能够增强等离子体声波的强度；步骤S5：使用麦克风探测并收集等离子体的声音信号后，再通过锁相放大器将等离子体的声音信号放大，其中：在太赫兹波未聚焦到等离子体上时，麦克风探测并收集等离子体的声音信号后，通过锁相放大器将等离子体的声音信号放大，得到本地声压强度；步骤S6：在太赫兹波聚焦到等离子体上后，旋转第一太赫兹偏振片以改变太赫兹波的电场强度，同时测量在不同太赫兹波的电场强度下由锁相放大器放大的太赫兹增强声压强度，并通过计算增强声压强度减去本地声压强度得到太赫兹增强声压差值；步骤S7：通过调整四分之一波片改变探测激光的偏振态，通过光衰减片调控探测激光的能量，并且分别在线偏振和圆偏振两种偏振态下，测量不同探测激光的能量下太赫兹声波增强的效率，其中，所述效率为太赫兹增强声压差值与本地声压强度的比值。
所属类别：	发明专利