本發(fā)明屬于太赫茲輻射光譜特性檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種配套利用太赫茲時域光譜分析儀檢測在自由電子注激勵下樣品產(chǎn)生太赫茲輻射的光譜特性的實驗系統(tǒng)。

技術(shù)背景

太赫茲波(thz)是指頻率在0.1thz到10thz間的電磁波，太赫茲波介于微波和紅外波之間。太赫茲波具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，在安全檢測、成像、生物醫(yī)學(xué)、無線通信等領(lǐng)域均有重要的應(yīng)用。由于太赫茲的頻率很高，所以其空間分辨率也很高；又由于它的脈沖很短(皮秒量級)，所以具有很高的時間分辨率。太赫茲成像技術(shù)和太赫茲波譜技術(shù)由此構(gòu)成了太赫茲應(yīng)用的兩個主要關(guān)鍵技術(shù)。同時，由于太赫茲能量很小，不會對物質(zhì)產(chǎn)生破壞作用，所以與x射線相比更具有優(yōu)勢。另外，由于生物大分子的振動和轉(zhuǎn)動頻率的共振頻率均在太赫茲波段，因此太赫茲在糧食選種，優(yōu)良育種等農(nóng)業(yè)和食品加工行業(yè)有著良好的應(yīng)用前景。太赫茲的應(yīng)用仍然在不斷的研究當(dāng)中，其廣袤的科學(xué)前景為世界所公認(rèn)。

太赫茲時域光譜分析儀是一種相干探測技術(shù)設(shè)備，能夠同時獲得太赫茲脈沖的振幅信息和相位信息，通過對時間波形進(jìn)行傅里葉變換能直接得到樣品的吸收系數(shù)和折射率等光學(xué)參數(shù)。石墨烯電子遷移率高，在太赫茲科學(xué)技術(shù)尤其是thz輻射源的研究中具有重要應(yīng)用。電子注激勵石墨烯樣品，石墨烯的電化學(xué)性能會發(fā)生變化，而其電化學(xué)性能的變化可以通過折射率和電導(dǎo)率的變化來表征。使用太赫茲時域光譜分析儀對石墨烯輻射譜進(jìn)行分析，即可獲得石墨烯電導(dǎo)率和折射率變化情況，這對于石墨烯太赫茲輻射源的研究具有重大意義。但是現(xiàn)有的太赫茲時域光譜分析儀平臺不能為電子注激勵石墨烯樣品提供高真空的實驗環(huán)境。所以發(fā)明設(shè)計合適的配套系統(tǒng)，使得該套系統(tǒng)和現(xiàn)有太赫茲時域光譜分析儀協(xié)調(diào)工作，方便檢測樣品的光譜特性，具有迫切的現(xiàn)實需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有的太赫茲時域光譜分析儀設(shè)計了相應(yīng)的配套實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)和太赫茲時域光譜分析儀配合使用，能方便檢測出在自由電子注激勵下，樣品所產(chǎn)生的透射譜或是反射譜等時域光譜特性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種配套檢測樣品在電子注激勵下產(chǎn)生光譜特性的實驗系統(tǒng)，包括：真空腔室、抽真空系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)控制桿以及電子槍；

所述抽真空系統(tǒng)用于提供真空腔室高真空環(huán)境；

所述真空腔室設(shè)有觀察窗以及腔室門，其內(nèi)部還設(shè)置有樣品臺；所述腔室門上設(shè)置有給電子槍供電的雙芯電極；

所述旋轉(zhuǎn)控制桿穿過腔室門分為內(nèi)外兩部分，電子槍通過旋轉(zhuǎn)控制桿內(nèi)半部分固定于樣品臺上方，旋轉(zhuǎn)腔室外側(cè)的旋轉(zhuǎn)控制桿外半部分即可改變電子槍發(fā)射電子注的角度；

所述抽真空系統(tǒng)包括一個抽系統(tǒng)低真空的機(jī)械泵，一個抽系統(tǒng)高真空的分子泵，以及用于控制機(jī)械泵和分子泵正常工作的控制平臺。

所述觀察窗為分別設(shè)置于真空腔室上、下、前、后的四個觀察窗，上、下觀察窗外部抵近有太赫茲時域光譜分析儀探頭，用于探測并分析信號。

所述腔室門上還設(shè)置有一個六芯電極，可以用于外加電源對樣品施加調(diào)制電壓，還可以結(jié)合法拉第杯測量電子注束流大小。

所述電子槍是為本真空實驗系統(tǒng)專門設(shè)計的電子槍，電子槍主要包括：鍍有陶瓷的導(dǎo)線、陰極接線柱、電子槍上極板、金屬支撐桿、鉬筒、陶瓷柱、陰極和開孔陽極板。鉬筒內(nèi)部設(shè)置有陰極并固定于電子槍上極板背面，所述開孔陽極板通過陶瓷柱和上極板連接，且開孔位置和陰極發(fā)射面的中心位于同一軸線上；

所述電子槍上極板和開孔陽極板為無氧銅材料，陰極選用鋇鎢陰極，使用激光焊接技術(shù)將陰極焊接固定于鉬筒內(nèi)部，鉬筒通過螺絲固定在電子槍上極板下方。陰極的兩個接線柱上分別焊接有鍍有陶瓷的導(dǎo)線，兩根導(dǎo)線的另一端分別連接到雙芯電極的兩個金屬電極上，外加調(diào)制電源通過雙芯電極即可對陰極進(jìn)行加熱并提供加速電壓，從而實現(xiàn)電子槍發(fā)射電子。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案所能達(dá)到的效果是：采用機(jī)械泵、分子泵兩級抽真空系統(tǒng)，可以為自由電子注激勵樣品提供高真空(10^-4pa)的實驗環(huán)境；旋轉(zhuǎn)控制桿不僅可以固定電子槍還可以控制電子注激勵樣品的角度和位置；真空腔室上、下安裝的一對觀察窗可以方便實現(xiàn)太赫茲時域光譜分析儀對樣品在電子注激勵下產(chǎn)生的輻射場進(jìn)行實時探測和分析，前、后安裝的一對觀察窗可以方便實驗操作人員實時觀察真空腔室內(nèi)部的情況。本發(fā)明整套系統(tǒng)設(shè)計合理，配合太赫茲時域光譜分析儀使用，可以方便實現(xiàn)對樣品在自由電子注激勵下產(chǎn)生太赫茲輻射光譜特性的檢測。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的真空腔室部分俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的真空腔室腔室門側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的真空腔室腔室門主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的真空腔室腔室門俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、機(jī)械泵；2、分子泵；3、控制平臺；4、真空腔室；5、觀察窗；6、腔室門；7、雙芯電極；8、電子槍旋轉(zhuǎn)控制桿；9、六芯電極；10、調(diào)制電源；11、太赫茲時域光譜分析儀信號接收探頭；12、電子槍；13、樣品臺。其中，雙芯電極7包括：7-1、刀口法蘭，7-2、陶瓷套管，7-3、金屬電極；電子槍旋轉(zhuǎn)控制桿8包括：8-1、旋轉(zhuǎn)控制桿外半部分，8-2、旋轉(zhuǎn)控制桿內(nèi)半部分；電子槍12包括：12-1、鍍有陶瓷的導(dǎo)線，12-2、陰極接線柱，12-3、電子槍上極板，12-4、金屬支撐桿，12-5、鉬筒，12-6、陶瓷柱，12-7、陰極，12-8、開孔陽極板。

具體實施方式

為了進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

如圖1-圖5所示，本發(fā)明裝置包括機(jī)械泵1、分子泵2、分子泵和機(jī)械泵控制平臺3和真空腔室4，該真空腔室4上設(shè)置有腔室排氣孔、上下前后各一個觀察窗5和腔室門6，所述腔室門6通過滑道開關(guān)，其外側(cè)設(shè)置有雙芯電極7、電子槍旋轉(zhuǎn)控制桿外半部分8-1和六芯電極9，內(nèi)側(cè)設(shè)置有有樣品臺13和電子槍旋轉(zhuǎn)控制桿的內(nèi)半部分8-2。真空腔室4其外殼為金屬結(jié)構(gòu)，該金屬結(jié)構(gòu)可以承受高真空環(huán)境。

參照圖1所示的本發(fā)明原理示意圖搭建好整個實驗系統(tǒng)，將真空腔室4固定到太赫茲時域光譜分析儀平臺上，將太赫茲時域光譜分析兩個信號接收探頭11分別抵近真空腔室4的上下兩個觀察窗5。

參照圖4和圖5為腔室門6主視及俯視結(jié)構(gòu)示意圖，將樣品固定到樣品臺13上，通過固定金屬支撐桿12-4將電子槍12安裝到電子槍旋轉(zhuǎn)控制桿內(nèi)半部分8-2，電子槍兩個陰極接線柱12-2通過鍍有陶瓷的導(dǎo)線12-1分別連接到雙芯電極7的兩根貫通到腔室內(nèi)部的金屬電極7-3上，雙芯電極7外端通過導(dǎo)線連接到調(diào)制電源10上，通過調(diào)制電源10可以為陰極12-7加熱和并提供加速電子的高壓，實現(xiàn)電子發(fā)射。

以上準(zhǔn)備工作完成后，開始啟動本套實驗系統(tǒng)，開啟機(jī)械泵1，對整套系統(tǒng)抽低真空，當(dāng)真空度達(dá)到10pa左右時，開啟分子泵2，對整套系統(tǒng)抽高真空。

當(dāng)真空度滿足實驗要求時(10^-4pa)，打開調(diào)制電源10，開始對電子槍12的陰極12-7進(jìn)行加熱，當(dāng)陰極12-7溫度滿足發(fā)射要求，對陰極12-7加負(fù)高壓，使電子槍12發(fā)射電子，通過調(diào)節(jié)陰極12-7所加電壓和加速高壓大小可以控制電子槍12發(fā)射電流的大小。

旋轉(zhuǎn)電子槍旋轉(zhuǎn)控制桿外半部分8-1，控制電子注作用到樣品上的角度和位置，角度調(diào)節(jié)范圍約為±80度。

電子注作用于樣品，樣品電學(xué)特性會發(fā)生變化并向外輻射電磁波，產(chǎn)生的電磁波輻射可以通過抵近上下兩個觀察窗5的兩個太赫茲時域光譜分析儀信號接收探頭11接收到，通過光譜分析儀可以進(jìn)一步完成對信號時域光譜的分析。腔室門6上還設(shè)有六芯電極，外加電源通過該電極可以為樣品施加一定的電壓，由此可以分析樣品在加電壓后與電子注作用產(chǎn)生的輻射譜特性。此外，利用該六芯電極并配合使用法拉第杯等裝置，還可以測量電子槍12所發(fā)射的束流大小。

真空腔室4還設(shè)置了前后兩個觀察窗5，通過這兩個窗口可以方便觀察真空腔室4的內(nèi)部情況，便于控制電子槍12作用到樣品上的位置與角度。