[实用新型]一种平顶脉冲磁场产生装置及太赫兹电磁波产生系统

说明书

本实用新型提供平顶脉冲磁场产生装置及太赫兹电磁波产生系统，包括：第一电源对空心磁体放电，产生主磁场，放电到第一预定时间时，通过控制IGBT间断性开通和关断使得第二电源对第一补偿线圈和第二补偿线圈放电，产生补偿磁场，在第二预定时间，关断IGBT停止对第一补偿线圈和第二补偿线圈放电；主磁场和补偿磁场叠加成总磁场，IGBT的间断性开通和关断的占空比根据预设时间段中总磁场的磁场强度确定，使得预设时间段中总磁场的磁场保持不变，形成平顶脉冲磁场，预定时间段为从第一预设时间到第二预设时间的时间段。本实用新型能够在平顶脉冲持续时间内持续稳定地输出脉宽在毫秒量级以上，频率达THz量级，功率达kW量级的太赫兹波。

技术领域

本实用新型涉及磁场技术领域，更具体地，涉及一种平顶脉冲磁场产生装置及太赫兹电磁波产生系统。

背景技术

太赫兹(THz)电磁辐射是频率处于0.3THz-10THz(1THz＝10¹²Hz)之间的高频电磁波，位于目前尚未被充分研究的毫米波与红外光之间的频率范围内。由于太赫兹波特殊的频带范围，其具有宽带宽、高信噪比、低辐射、强穿透性等特性。因此太赫兹波在通信、成像、生物技术、天文、物理和材料基础研究等诸多领域具有重要的应用价值。但目前太赫兹技术应用面临的最大技术难题是辐射源功率太低，不能满足绝大多数的应用场景。因此太赫兹源作为太赫兹科学技术的基础，研究能够在太赫兹频段内产生大功率信号输出的太赫兹源技术具有重要的意义。

电子回旋脉塞是基于相对论效应，电子在静止磁场中做回旋运动并产生受激辐射的现象。太赫兹回旋管是基于电子回旋脉塞的一种快波器件，也是目前唯一能在太赫兹频段内产生大功率输出的器件。回旋管的工作频率ω取决于电子的回旋频率ω＝seB₀/γm_e，其中s为谐波次数，e为电子的电荷量，B₀为工作磁场的磁感应强度，γ为相对论因子，m_e为电子质量。可见要实现更高频率的太赫兹波则需要更高的磁场或是工作在高次谐波模式下。但是要实现更高的功率输出则需要尽量工作在基波模式下，同时谐波次数过高会带来严重的模式竞争问题，使得回旋管设计更加困难。目前回旋管主要有连续波和脉冲两种工作模式。

连续波工作模式即是在稳定的磁场下进行连续的太赫兹波输出，也是目前最为常用的一种工作模式，其使用超导磁体提供所需的工作磁场。但是由上述可知要在基波模式下产生1THz甚至更高的频率输出则需要约36T以上的工作磁场，目前的超导磁体还远不能达到如此高的磁场强度。脉冲强磁场则提供了另一个解决的思路，脉冲工作模式即是在脉冲磁场条件下输出脉冲太赫兹波。目前的脉冲工作方式虽能提高输出频率和保证输出功率，但只有峰值处不到几十微秒的极短时间内才能输出设计工作频率的电磁波信号，最终的输出能量和工作时间往往不能满足实际应用的需求。对于以上矛盾的情况，现急需研究能够在较长时间内稳定输出大功率高频率信号的太赫兹源。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于解决现有技术基于超导磁体或是普通脉冲磁场输出太赫兹电磁波，因此无法输出脉宽在毫秒量级以上，频率达THz量级，功率达kW量级的电磁波辐射的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本实用新型提供一种平顶脉冲磁场产生装置，包括：同轴的第一补偿线圈、空心磁体以及第二补偿线圈；

所述空心磁体同轴位于所述第一补偿线圈和第二补偿线圈之间，所述第一补偿线圈和第二补偿线圈的绕向相反，使得所述第一补偿线圈和空心磁体之间的互感与空心磁体和第二补偿线圈之间的互感相互抵消；

所述空心磁体与第一电源串联组成第一放电回路；

所述第一补偿线圈、第二补偿线圈、IGBT开关与第二电源串联组成第二放电回路；