[发明专利]一种表面等离子体激元产生切伦科夫辐射的装置

说明书

本发明公开了一种表面等离子体激元产生切伦科夫辐射的装置，属于电磁波辐射的产生检测领域。具体是一种利用自由电子注激励样品产生表面等离子体激元并由介质转化为可见光波段切伦科夫辐射的装置，包括：电子发射系统、电子接收系统、真空腔室、样品架系统、束流大小测试系统、电控位移控制系统、光谱仪系统、抽真空系统。该装置实现了由电子学和光子学相结合的切伦科夫辐射的产生和探测。

技术领域

本发明属于电磁波辐射的产生检测领域，具体是一种利用自由电子注激励产生表面等离子体激元由介质转化为可见光切伦科夫辐射的系统。

技术背景

刘盛纲院士带领的团队在太赫兹(THz)辐射源的探索研究工作中，发现单纯利用电子学或者光子学在实现一定功率和频率的THz辐射都存在困难。他们创新性提出一种新的思路——利用表面等离子体激元(Surface Polaritons)把电子学和光子学结合起来产生太赫兹辐射，取得了一系列重要的成果。2012年10月在PRL(Physical Review Letters)第109卷15期上发表了题为“Surface Polariton Cherenkov Light Radiation Source”的重要文章，这篇文章提出了一种不同于传统的光学方法，利用该方法不需要量子跃迁，也不需要光学非线性晶体，仅用简单的微纳结构即可产生相干的、可调谐的、从可见光到紫外的辐射，并可利用差频技术产生THz辐射，因此该新方法可以产生从THz直到紫外的可调谐相干电磁辐射。

该理论文章的发表在国内外引起很大反响。为了从实验上验证这种辐射机理，发明了此实验装置。本发明实现了电子学和光子学相结合的切伦科夫辐射的产生和探测。

电子束从金属薄膜表面平行掠过从而在金属薄膜中激发表面等离子体激元，表面等离子体激元透过金属薄膜到达介质材料中；当电子束的运动速度与真空中光速的比值β和介质材料层的折射率n满足切伦科夫辐射条件nβ＞1时，表面等离子体激元在介质材料层中转化为切伦科夫辐射。辐射频率由电子束所激发的表面等离子体激元的频率决定；通过改变电子束的运动速度，可以改变激励起的表面等离子体激元的频率，从而调谐电磁辐射的频率。通过改变介质的形状，可以使切伦科夫辐射的传播方向垂直于介质分界面输出，从而便于探测产生的切伦科夫辐射波。光谱分析仪是一种相干探测技术设备，能够同时获得切伦科夫辐射的振幅信息和相位信息，通过对时间波形进行傅里叶变换能直接得到探测到的切伦科夫辐射频率和辐射强度。

发明内容

本发明的目的在于实现自由电子注激励产生表面等离子体激元由介质转化为可见光切伦科夫辐射，并对产生的切伦科夫辐射进行探测。

实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种表面等离子体激元产生切伦科夫辐射的装置，包括：电子发射系统、电子接收系统、真空腔室、样品架系统、电子束流测试系统、电控位移系统以及光谱仪。

所述真空腔室前后两侧壁对应设置有电子发射系统接口和电子接收系统接口，分别用于连接电子发射系统、电子接收系统；上壁设置有电子束流测试接口用于连接电子束流测试系统；下壁设置有光谱仪接口，用于连接光谱仪；左壁还设置有观察窗；右壁设置有电控位移系统接口，用于真空腔室内部样品台连接电控位移系统。

所述电子发射系统包括电子发射装置以及抽真空系统，所述抽真空系统用于对真空腔室抽真空。

所述样品架系统设置于真空腔室内部，包括样品台、电子束流通道板、电子束流接收板以及束流测试引线。

所述电子束流通道板上部开有N个束流通道孔，其中N大于等于3，下部开有卡槽。所述电子束流接收板上部中央开有1个束流通道孔，下部开有与电子束流通道板对应的卡槽；所述卡槽用于固定样品。两根束流引线分别连接电子束流通道板和电子束流接收板，用于连接电子束流测试系统测量电子束流大小。