阅读说明：本技术 一种太赫兹波远距离准光传输系统 (terahertz wave long-distance quasi-optical transmission system ) 是由 刘頔威 曹毅超 王维 宋韬 陈强 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：该发明为一种太赫兹波远距离准光传输系统,其特点是它能够将准高斯分布的太赫兹波远距离传输、实现相位矫正、并且波束汇聚的功能。对于DNP-NMR系统,能够产生一定功率太赫兹源的回旋管与核磁共振系统均需要一个单独的磁场环境,两个独立的系统若是离得过进,则容易导致各自磁场的相互影响,从而严重影响互相的工作环境；太赫兹波远距离准光传输系统则是为了满足使这两个大工作系统各自拥有稳定工作的磁场环境而设计的。(The invention relates to an terahertz wave remote quasi-optical transmission system, which is characterized in that the system can remotely transmit terahertz waves with quasi-Gaussian distribution, realize phase correction and beam convergence, wherein for a DNP-NMR system, a gyrotron and a nuclear magnetic resonance system which can generate a terahertz source with constant power both need independent magnetic field environments, if the two independent systems are too far away, the mutual influence of respective magnetic fields is easily caused, so that the mutual working environments are seriously influenced, and the terahertz wave remote quasi-optical transmission system is designed for meeting the requirement that the two large working systems respectively have the magnetic field environments with stable working.)

一种太赫兹波远距离准光传输系统

技术领域

本发明涉及一种应用于DNP-NMR的太赫兹准高斯波束的波束传输矫正系统，属于高功率太赫兹波传输技术领域。

背景技术

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼***，共振吸收某一特定频率电磁辐射的物理过程。由于核磁共振谱的高分辨率，作为一种谱分析方法，核磁共振已广泛用于物理、化学、材料科学和生物医学领域。核磁共振信号强度与高能级和低能级上的粒子数之差Δn成正比，但是，由于核自旋能级的间隔很小，几乎是所有类型的吸收光谱中能级间隔最小的。随着检测的分子变大，单位体积内目标原子的数量减少，核磁共振灵敏度随之降低。与紫外光谱、红外光谱、顺磁共振等相比，常规核磁共振波谱的灵敏度是很低的，所以灵敏度对这一技术能否成功推广至关重要。

动态核极化(Dynamic Nuclear Polarization,DNP)是核磁共振波谱学中的一种重要手段。动态核极化是一种将电子自旋共振和核磁共振相结合的技术,它能使核自旋能级粒子数之差Δn大大增加，因此核磁共振信号强度也大大增强。电磁波驱动动态核极化是一种公认的增强固态/液态核磁共振波谱和成像信号的有效方法，提高磁场强度可以增大能级间隔，增大自旋能级粒子数差Δn，从而提高核磁共振的灵敏度。

提高磁场强度可以增大能级间隔，增大自旋能级粒子数差Δn，从而提高核磁共振的灵敏度。现代核磁共振波谱技术正在向高场方向发展。基于电子回旋受激辐射原理发展起来的快波回旋器件——太赫兹回旋管，被用作DNP-NMR的太赫兹辐射源。同时，为了与传输线匹配提高耦合效率，要求辐射源的输出场分布是理想的或者是接近理想的自由空间高斯分布。

DNP-NMR系统所需的太赫兹波频带很窄，其传输线可以近似为单频传输。可以将该太赫兹波转变为准高斯模式并使用较低损耗的波纹波导传播。因为样品有限的空间限制，传输系统的末端需要把能量从一个半径较大的波纹波导馈入一个半径较小的波纹波导中传输，实现这一过程需要一光学反射镜组，它将准高斯波束聚焦后传输到NMR采样器中。

发明内容

本发明的目的是对现有的DNP-NMR末端传输系统中的镜面系统进行改进，提供一种实现太赫兹波较远距离传输，同时能够在输出端进行相位矫正的传输系统。该镜面系统位于DNP-NMR系统末端传输线处较大半径的波纹波导的输出端，由六面镜子组成。其中，第一二面镜子为一对离轴抛物镜，凹抛物面镜成对使用以改善轴外反射引起的畸变；第三、四面镜为平面镜，用于调整光路传播的路径，第五面镜子为离轴抛物镜，第六面镜子为一面相位矫正镜，该镜面用于波束在输出位置处的相位校正。该系统还需要外加一个封闭的罩子，向其中充氮气，以实现太赫兹波远距离的低损耗传输；

本发明的目的由以下技术措施实现：

传输系统结构由五面镜子组成，前两面镜子用于汇聚和控制波束，中间两面平面镜用于控制光路，最后一面相位矫正镜用于对波束进行相位矫正。

传输系统的底座。

传输系统的镜面支架。

传输系统的氮气罩；

本发明具有以下优点：

较传统的太赫兹波传输线，该传输系统能够实现较远距离的太赫兹波传输；在传输段末尾增加了相位矫正镜，可以实现相位矫正的功能；

附图说明

图1为太赫兹波远距离准光传输系统的右侧视图。

图2为太赫兹波远距离准光传输系统的左侧视图。

图3为太赫兹波远距离准光传输系统的俯视图。

图中，1、2位一对离轴抛物镜，3、4为平面镜，5为离轴抛物镜，6为相位矫正镜，7、8分别是输入端口和输出端口，9为传输系统的底座，10为系统的罩子，用来保持传输系统处于高浓度氮气的环境中。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护的限制，该领域的技术熟悉人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。

具体实施方式为，如图1所示，从回旋管输出的准高斯模式的太赫兹波通过7(输入端口)进入准光传输系统，首先经过1、2(一对离轴抛物镜)实现了波束能量的汇聚与控制，同时对称结构减小了波束传输产生的的畸变；然后经过平面镜3、4对光路进行调整，第三面离轴抛物镜5用来将已经有部分能量扩散的波束进行汇聚，最后通过特殊设计的6(相位校正镜)实现波束在输出端处相位矫正以及能量汇聚的功能。

对于工作在263GHz条件下的太赫兹波远距离准光传输系统：底座长2200mm，宽350mm，高10mm，6个镜面均匀分布在底座上，其中一对离轴抛物镜和单独的一面离轴抛物镜均有15cm的焦距，最后一面相位矫正镜由平面镜经过KSA算法加入微扰得出，整个系统需要工作在输入波束束腰半径为16mm高斯波束的前提下；经模拟，在输入端口设置理想的束腰半径为16mm、频率为263GHz的高斯波束，在输出端得到波束的标量高斯成分成分为99.96％，矢量高斯成分为98.95％，效率为99.87％；由模拟结果可以看出，该传输系统能够满足将太赫兹波传输一定距离的情况下，依然能够保持高高斯成分，低损耗的特点。