太赫兹辐射的产生系统及方法

本技术涉及太赫兹辐射源领域，特别是涉及一种太赫兹辐射的产生系统及方法。

背景技术：

1、高亮度、窄带可调谐的太赫兹光源在科学研究和工业领域具有旺盛的需求和广泛的应用前景，例如分子旋转和晶格振动的共振激发、超快自旋控制和太赫兹成像等。

2、在近年来发展的太赫兹光源技术中，基于加速器的太赫兹光源具有高峰值(高平均)功率和宽频可调谐的优势。这些加速器光源利用了波荡器超辐射来产生太赫兹窄带可调谐的太赫兹辐射，但由于目前的加速器光源在使用时通常需要对束线进行一定改造，因此不适用于普通的电子直线加速器，导致通用性较低。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种太赫兹辐射的产生系统及方法。

2、第一方面，本技术提供了一种太赫兹辐射的产生系统。所述系统包括光阴极电子枪、加速管、第一聚焦螺线管、第二聚焦螺线管、束线管、色散节和辐射装置，其中：

3、所述光阴极电子枪，用于接收激光脉冲串，并通过所述激光脉冲串产生电子束；

4、所述加速管，用于将所述电子束加速至相对论能量；

5、所述第一聚焦螺线管，位于所述光阴极电子枪的出口处，用于提高所述电子束的电荷密度，以使得所述电子束在所述加速管的出口前振荡半个等离子体周期；

6、所述第二聚焦螺线管，环绕所述加速管，用于在所述电子束于所述加速管中加速时，调节所述电子束的电荷密度至目标电荷密度，以使得所述电子束在所述目标电荷密度下，受自身空间电荷力作用，得到能量调制的所述电子束；

7、所述束线管，用于传输所述能量调制的所述电子束；

8、所述色散节，包括上半色散节与下半色散节，所述束线管自所述上半色散节与所述下半色散节之间穿过，用于在所述能量调制的所述电子束于所述束线管中传输时，将所述能量调制的电子束转换为密度调制的所述电子束；

9、所述辐射装置，用于接收所述密度调制的所述电子束，并通过所述密度调制的所述电子束，产生太赫兹辐射。

10、在其中一个实施例中，所述太赫兹辐射具有目标带宽及目标调谐范围，所述系统还包括激光器、倍频模块及堆叠模块，其中：

11、所述激光器，用于产生红外激光脉冲；

12、所述倍频模块，用于将所述红外激光脉冲转换为紫外激光脉冲；

13、所述堆叠模块，用于对所述紫外激光脉冲进行堆叠，得到所述激光脉冲串，所述激光脉冲串具有目标数量的子脉冲，且所述激光脉冲串的堆积频率为目标堆积频率，其中，通过具有所述目标数量的子脉冲的所述激光脉冲串，得到的所述电子束所产生的太赫兹辐射的带宽为所述目标带宽，所述目标堆积频率为所述目标调谐范围的中心。

14、在其中一个实施例中，所述倍频模块包括第一偏硼酸钡bbo晶体及第二bbo晶体，所述堆叠模块包括至少一个α-bbo晶体，其中：

15、所述第一bbo晶体，用于对所述红外激光脉冲进行二倍频，得到由所述红外激光脉冲的第一部分形成的中间激光脉冲、及所述红外激光脉冲的第二部分，所述第二部分为所述红外激光脉冲中除所述第一部分外的激光脉冲，所述中间激光脉冲的频率为所述红外激光脉冲的频率的两倍；

16、所述第二bbo晶体，用于对所述红外激光脉冲的第二部分及所述中间激光脉冲进行和频，得到紫外激光脉冲，所述紫外激光脉冲的频率为所述红外激光脉冲的频率的三倍；

17、所述α-bbo晶体，用于对所述紫外激光脉冲进行堆叠处理，得到所述激光脉冲串。

18、在其中一个实施例中，所述太赫兹辐射的能量为目标能量，所述倍频模块还包括光栅对，所述堆叠模块还包括光阑，

19、所述光栅对，用于在所述红外激光脉冲进入所述第一bbo晶体之前，将所述红外激光脉冲的脉冲宽度调整为目标脉冲宽度，以使得所述激光脉冲串的脉冲宽度也为所述目标脉冲宽度；

20、所述光阑，用于将所述激光脉冲串的光斑尺寸调整至目标光斑尺寸；

21、其中，通过具有所述目标脉冲宽度及所述目标光斑尺寸的所述激光脉冲串，得到的所述电子束所产生的太赫兹辐射的能量为所述目标能量。

22、在其中一个实施例中，所述太赫兹辐射的频率为目标频率，所述系统还包括移相器，

23、所述移相器，用于将所述电子束在所述加速管中的加速相位调整为目标加速相位，以使得具有所述目标加速相位的所述电子束产生的太赫兹辐射的频率达到所述目标频率。

24、在其中一个实施例中，所述系统还包括束流诊断模块，所述束流诊断模块包括s波段偏转腔，分析磁铁及两个束流分布观测器，

25、所述s波段偏转腔，用于将所述电子束的纵向分布与所述电子束的横向分布相关联；

26、所述分析磁铁，用于将所述电子束的能量分布与所述电子束的横向分布相关联；

27、所述束流分布观测器，用于观测所述电子束的横向分布，并根据所述电子束的横向分布，得到所述电子束的纵向分布及所述电子束的能量分布。

28、在其中一个实施例中，所述系统还包括太赫兹探测器，所述太赫兹探测器包括迈克尔逊干涉仪、第一golay探测器及第二golay探测器，

29、所述迈克尔逊干涉仪，用于对所述太赫兹辐射进行分束；

30、所述第一golay探测器，位于所述迈克尔逊干涉仪的出口处，用于根据分束后的所述太赫兹辐射，测量所述太赫兹辐射的自相关谱；

31、所述第二golay探测器，用于测量所述太赫兹辐射的能量。

32、第二方面，本技术还提供了一种太赫兹辐射的产生方法。所述方法包括：

33、通过光阴极电子枪接收激光脉冲串，并通过所述激光脉冲串轰击于所述光阴极电子枪的光阴极处产生的电子，得到电子束；

34、通过第一聚焦螺线管提高所述电子束的电荷密度，以使得所述电子束在加速管的出口前振荡半个等离子体周期；

35、通过所述加速管将所述电子束加速至相对论能量，同时通过第二聚焦螺线管调节所述电子束的电荷密度，得到具有目标电荷密度的所述电子束，以使得所述目标电荷密度的所述电子束受自身空间电荷力作用，得到能量调制的所述电子束；

36、通过束线管传输所述能量调制的所述电子束，同时通过所述色散节将所述能量调制的所述电子束转换为密度调制的所述电子束；

37、通过辐射装置接收所述密度调制的所述电子束，并通过所述密度调制的所述电子束在经过所述辐射装置时产生的相干辐射，得到太赫兹辐射；

38、其中，所述系统为权利要求1至7中任一项的所述太赫兹辐射的产生系统。

39、在其中一个实施例中，所述方法还包括：

40、通过激光器产生红外激光脉冲；

41、通过倍频模块将所述红外激光脉冲转换为紫外激光脉冲；

42、通过堆叠模块将所述紫外激光脉冲堆叠为具有目标数量的子脉冲、且所述激光脉冲串的堆积频率为目标堆积频率的所述激光脉冲串，其中，通过具有所述目标数量的子脉冲的所述激光脉冲串，得到的所述电子束所产生的太赫兹辐射的带宽为所述目标带宽，且所述目标堆积频率为所述目标调谐范围的中心。

43、在其中一个实施例中，所述太赫兹辐射的频率为目标频率，所述方法还包括：

44、通过移相器将将所述电子束在所述加速管中的加速相位调整为目标加速相位，以使得具有所述目标加速相位的所述电子束产生的太赫兹辐射的频率达到所述目标频率。

45、上述太赫兹辐射的产生系统及方法，通过第一聚焦螺线管和第二聚焦螺线管将电子束的电荷密度提高至目标电荷密度，使得电子束在加速管出口处振荡半个等离子体周期形成电流尖峰，并通过电流尖峰产生的空间电荷力对电子束进行能量调制，形成能量调制的电子束，进而通过色散节将能量调制的电子束转换为密度调制的电子束，并使密度调制的电子束通过辐射装置产生太赫兹辐射。由于本技术实施例通过电子束自身产生的空间电荷力对电子束进行能量调制，因此无需复杂的束线设计，也不存在对束线的重频的要求，能够适用于一般的直线加速器且能扩展到高重频的束线上，因此能够降低对加速器的需求。