專利名稱：一種含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，屬于電磁波傳導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電磁信號(hào)傳輸技術(shù)日益成熟，傳統(tǒng)的非接觸式電磁能傳導(dǎo)技術(shù)存在天線口徑和測量電磁能量密度難以兼顧的問題，如拋物面型微波天線，其傳輸信號(hào)的方向性由天線的口徑來決定，只有增大天線的口徑才能提高所傳輸電磁信號(hào)的方向性。但這種傳能方式需要很大口徑尺寸(達(dá)數(shù)米)的天線，其硬件要求對(duì)于利用射頻方式傳輸高能量的實(shí)際需要無法實(shí)現(xiàn)的，不適合用作高能量密度電磁能的定向傳遞。[翟亦峰，婁華威.一種拋物面天線的自動(dòng)折疊方案及實(shí)現(xiàn)· 2007，23 (3) :41-43]隨著飛秒激光及其放大技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人們對(duì)其在空氣中產(chǎn)生的等離子體絲的特性研究不斷深入，將飛秒激光等離子體絲作為一條虛擬的傳導(dǎo)線并應(yīng)用于對(duì)電磁信號(hào)的傳導(dǎo)中成為可能。飛秒激光在大氣中形成的等離子體通道長度可達(dá)公里量級(jí)，通道直徑約在100-200μπι之間，絲內(nèi)的電子密度為IO1Vcm3到1018/cm3，單位長度的電阻在 3. 6X IO5到6. 4X 107Ω/πι之間，較空氣電阻提高了至少6個(gè)數(shù)量級(jí)，相當(dāng)于一根復(fù)雜的柱形傳輸線，可以結(jié)合電磁波的傳導(dǎo)理論，引導(dǎo)電磁波沿一定方向長距離傳輸。[A. Becker， N. AkOzbek, K. Vi jayalakshmi, Ε. Oral, C. Μ. Bowden, and S. L. Chin, Intensity clamping and re-focusing of intense femtosecond laser pulses in nitrogen molecular gas, Appl.Phys.2001,B 73,2187-2290]

發(fā)明內(nèi)容
為解決非接觸式、虛擬傳輸線定向傳輸高能量密度電磁能的問題，本發(fā)明提供了一種含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，利用飛秒激光脈沖在大氣中形成數(shù)米長的等離子體絲和銅絲構(gòu)成平行傳輸線裝置。如圖1所示，本發(fā)明之一種含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，其包括飛秒激光器1、聚焦透鏡2、含有激光等離子體絲的雙線傳輸線3、發(fā)射波導(dǎo)I 4、同軸轉(zhuǎn)換器I 5、信號(hào)發(fā)生器6、接收波導(dǎo)117、同軸轉(zhuǎn)換器II 8、檢波器9和示波器10構(gòu)成；其中，飛秒激光器1、聚焦透鏡2和含有激光等離子體絲的雙線傳輸線3依次連接；信號(hào)發(fā)生器6、同軸轉(zhuǎn)換器I 5和發(fā)射波導(dǎo)I 4依次連接；含有激光等離子體絲的雙線傳輸線3分別與發(fā)射波導(dǎo)I 4和接收波導(dǎo)II 7連接；接收波導(dǎo)II 7、同軸轉(zhuǎn)換器II 8、檢波器9與示波器10依次連接；發(fā)射波導(dǎo)I 4和接收波導(dǎo)117結(jié)構(gòu)相同，由上三角銅片18、下三角銅片19和矩形波導(dǎo)17構(gòu)成，如圖4所示。飛秒激光器1產(chǎn)生的飛秒激光脈沖在空氣中經(jīng)聚焦透鏡2會(huì)聚后產(chǎn)生等離子體絲，該等離子體絲與直徑為0. 5mm的銅絲構(gòu)成平行雙線傳輸線結(jié)構(gòu)，即含有等離子體絲的雙線傳輸線3，雙線在同一平面上，且間距為1cm。由信號(hào)發(fā)生器6輸出電磁波信號(hào)，經(jīng)同軸轉(zhuǎn)換器I 5導(dǎo)入發(fā)射波導(dǎo)I 4，并耦合到含有等離子體絲雙線3中；
發(fā)射波導(dǎo)I 4和接收波導(dǎo)II 7中的上三角銅片18的內(nèi)平面與波導(dǎo)17上端的內(nèi)平面保持水平，下三角銅片19的內(nèi)平面與波導(dǎo)17下端的內(nèi)平面保持水平。激光等離子體絲從距離波導(dǎo)的上三角銅片18尖端100 μ m處通過，銅絲與發(fā)射波導(dǎo)I 4下三角銅片19尖端緊靠，由接收波導(dǎo)II 7接收電磁信號(hào)，經(jīng)同軸轉(zhuǎn)化器II 8和同軸晶體檢波器9將電磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)后，由示波器10檢測接收到的電磁信號(hào)；沿雙線傳輸線方向改變發(fā)射波導(dǎo)I⑷和接收波導(dǎo)II (7)的間距，改變發(fā)射波導(dǎo)I 4和接收波導(dǎo)117的間距，觀察示波器探測到的電磁信號(hào)，驗(yàn)證含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置傳導(dǎo)電磁信號(hào)的能力；所述的操作流程如圖2所示。結(jié)合硬件操作流程并說明本發(fā)明的含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置傳輸電磁信號(hào)的步驟如下執(zhí)行步驟11，開始，裝置自檢；自檢正常，執(zhí)行步驟12 ；執(zhí)行步驟12，開啟飛秒激光器1，產(chǎn)生的飛秒激光脈沖經(jīng)聚焦透鏡2聚焦后在空氣中形成等離子體絲，并與銅絲構(gòu)成雙線傳輸線結(jié)構(gòu)3，本發(fā)明裝置進(jìn)入預(yù)工作狀態(tài)；執(zhí)行步驟13，信號(hào)發(fā)生器6輸出電磁波信號(hào)，含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置正式進(jìn)入工作狀態(tài)；信號(hào)發(fā)生器6輸出的電磁波信號(hào)，經(jīng)同軸轉(zhuǎn)換器I 5導(dǎo)入發(fā)射波導(dǎo)I 4，并耦合到含有等離子體絲雙線3中，電磁信號(hào)即在等離子體絲與銅絲間發(fā)生反射，進(jìn)行電磁信號(hào)的傳導(dǎo)；執(zhí)行步驟14，由接收波導(dǎo)117接收到的電磁信號(hào)，該電磁信號(hào)經(jīng)同軸轉(zhuǎn)化器118和同軸晶體檢波器9轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)后，由示波器10檢測；執(zhí)行步驟15，導(dǎo)出示波器10接收到的含有等離子體絲的雙線傳輸線裝置傳輸?shù)碾姶判盘?hào)，對(duì)比該信號(hào)與空氣中自由傳輸電磁信號(hào)的強(qiáng)度；執(zhí)行步驟16，結(jié)束。有益效果本發(fā)明結(jié)合了電磁波耦合技術(shù)、電磁信號(hào)發(fā)射與探測技術(shù)以及飛秒激光在空氣中成絲技術(shù)，采用飛秒激光等離子體絲和銅絲作為平行雙線傳輸線。本發(fā)明之含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置結(jié)構(gòu)簡單，可對(duì)電磁能進(jìn)行虛擬、定向傳輸。本發(fā)明所選用飛秒激光器脈寬窄，脈沖能量高，可在空氣中形成幾米甚至幾十米長的等離子體絲，有助于電磁能的長距離傳輸；由于等離子體絲形成的雙線傳輸線可隨時(shí)布線和收線，使整套裝置具有很強(qiáng)的隱蔽性，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離瞬時(shí)的高能量密度電磁能傳導(dǎo)。 本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)構(gòu)簡單?？蓱?yīng)用于軍事、民用中的電磁信號(hào)傳輸?shù)取?br>

圖1是一種含飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置的示意框圖。圖2是一種含飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置的流程圖。圖3是磨合三角銅片的三視圖。圖4是發(fā)射波導(dǎo)I 4和接收波導(dǎo)II 6的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本發(fā)明的一種含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，其包括飛秒激光器1、聚焦透鏡2、含有激光等離子體絲的雙線傳輸線3、發(fā)射波導(dǎo)I 4、同軸轉(zhuǎn)換器I 5、 信號(hào)發(fā)生器6、接收波導(dǎo)117、同軸轉(zhuǎn)換器II 8、檢波器9和示波器10構(gòu)成；其中，飛秒激光器1、聚焦透鏡2和含有激光等離子體絲的雙線傳輸線3依次連接；信號(hào)發(fā)生器6、同軸轉(zhuǎn)換器I 5和發(fā)射波導(dǎo)I 4依次連接；含有激光等離子體絲的雙線傳輸線3分別與發(fā)射波導(dǎo)I 4 和接收波導(dǎo)117連接；接收波導(dǎo)117、同軸轉(zhuǎn)換器118、檢波器9與示波器10依次連接(圖 1)；發(fā)射波導(dǎo)I 4和接收波導(dǎo)117結(jié)構(gòu)相同，由上三角銅片18、下三角銅片19和矩形波導(dǎo) 17構(gòu)成，如圖4所示。飛秒激光器1產(chǎn)生的飛秒激光脈沖在空氣中經(jīng)Im焦距的聚焦透鏡2匯聚后產(chǎn)生直徑為100 μ m等離子體絲，該等離子體絲與直徑為0. 5mm的銅絲構(gòu)成平行雙線傳輸線結(jié)構(gòu)，雙線在同一平面上，且間距為1cm。激光等離子體絲從距離波導(dǎo)的上三角銅片18尖端 100 μ m處通過，銅絲與發(fā)射波導(dǎo)I 4下三角銅片19尖端緊靠。由信號(hào)發(fā)生器6輸出頻率為 IOGHz的電磁波信號(hào)，經(jīng)同軸轉(zhuǎn)換器I 5導(dǎo)入發(fā)射波導(dǎo)I 4，并耦合到含有等離子體絲的雙線傳輸線3中；接收波導(dǎo)II 7和發(fā)射波導(dǎo)I 4結(jié)構(gòu)相同，雙線傳輸線傳導(dǎo)的電磁信號(hào)由接收波導(dǎo) II 7接收，再經(jīng)同軸轉(zhuǎn)化器II 8和同軸晶體檢波器9將電磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)后，由示波器10檢測接收到的電磁信號(hào)；改變發(fā)射波導(dǎo)I 4和接收波導(dǎo)II 7的間距，觀察示波器探測到的電磁信號(hào)，驗(yàn)證含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置傳導(dǎo)電磁信號(hào)的能力；所述的操作流程如圖2 所示執(zhí)行步驟11，開始，裝置自檢；自檢正常，執(zhí)行步驟12 ；執(zhí)行步驟12，開啟飛秒激光器1，產(chǎn)生的飛秒激光脈沖經(jīng)聚焦透鏡2聚焦后在空氣中形成等離子體絲，并與銅絲構(gòu)成雙線傳輸線結(jié)構(gòu)3，本發(fā)明裝置進(jìn)入預(yù)工作狀態(tài)；執(zhí)行步驟13，信號(hào)發(fā)生器6輸出電磁波信號(hào)，本發(fā)明裝置正式進(jìn)入工作狀態(tài)；信號(hào)發(fā)生器6輸出的電磁波信號(hào)，經(jīng)同軸轉(zhuǎn)換器I 5導(dǎo)入發(fā)射波導(dǎo)I 4，并耦合到含有等離子體絲的雙線傳輸線3中，電磁信號(hào)即在等離子體絲與銅絲間發(fā)生反射，進(jìn)行電磁信號(hào)的傳導(dǎo)；執(zhí)行步驟14，由接收波導(dǎo)II 7接收到的電磁信號(hào)，該電磁信號(hào)經(jīng)同軸轉(zhuǎn)化器II 8 和同軸晶體檢波器9轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)后，由示波器10檢測；執(zhí)行步驟15，導(dǎo)出示波器10接收到的含有等離子體絲的雙線傳輸線裝置傳輸?shù)碾姶判盘?hào)，對(duì)比該信號(hào)與空氣中自由傳輸電磁信號(hào)的強(qiáng)度；執(zhí)行步驟16，結(jié)束。實(shí)施例2聚焦透鏡2采用的是長焦距平凸透鏡，焦距為an ；其余的同實(shí)施例1。實(shí)施例3聚焦透鏡2采用的是長焦距平凸透鏡，焦距為:3m ；其余的同實(shí)施例1。實(shí)施例4信號(hào)發(fā)生器6采用的是高頻電磁信號(hào)發(fā)生器，輸出頻率為IlGHz ；其余的同實(shí)施例1。實(shí)施例5信號(hào)發(fā)生器6采用的是高頻電磁信號(hào)發(fā)生器，輸出頻率為12GHz ；其余的同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，其特征在于，其包括飛秒激光器(1)、聚焦透鏡O)、含有激光等離子體絲的雙線傳輸線(3)、發(fā)射波導(dǎo)K4)、同軸轉(zhuǎn)換器I(5)、信號(hào)發(fā)生器(6)、接收波導(dǎo)11(7),同軸轉(zhuǎn)換器II (8)、檢波器(9)和示波器(10)構(gòu)成； 其中，飛秒激光器(1)、聚焦透鏡( 和含有激光等離子體絲的雙線傳輸線C3)依次連接； 信號(hào)發(fā)生器(6)、同軸轉(zhuǎn)換器I ( 和發(fā)射波導(dǎo)I (4)依次連接；含有激光等離子體絲的雙線傳輸線(3)分別與發(fā)射波導(dǎo)1(4)和接收波導(dǎo)11(7)連接；接收波導(dǎo)II (7)、同軸轉(zhuǎn)換器II(8)、檢波器(9)與示波器(10)依次連接(圖1)；發(fā)射波導(dǎo)1(4)和接收波導(dǎo)11(7)結(jié)構(gòu)相同，由上三角銅片(18)、下三角銅片(19)和矩形波導(dǎo)(17)構(gòu)成，如圖4所示。飛秒激光器(1)產(chǎn)生的飛秒激光脈沖在空氣中經(jīng)聚焦透鏡( 會(huì)聚后產(chǎn)生等離子體絲，該等離子體絲與銅絲構(gòu)成平行雙線傳輸線結(jié)構(gòu)，即含有等離子體絲的雙線傳輸線(3)， 且間距為1cm。信號(hào)發(fā)生器(6)輸出的電磁波信號(hào)，經(jīng)同軸轉(zhuǎn)換器I (5)導(dǎo)入發(fā)射波導(dǎo)I⑷， 并耦合到含有等離子體絲的雙線傳輸線(3)中；電磁信號(hào)即在等離子體絲與銅絲間發(fā)生反射，由接收波導(dǎo)II (7)接收，經(jīng)同軸轉(zhuǎn)化器II (8)和同軸晶體檢波器(9)將電磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)后，由示波器(10)檢測接收到的電磁信號(hào)。發(fā)射波導(dǎo)1(4)和接收波導(dǎo)11(7)中的上三角銅片(18)的內(nèi)平面與波導(dǎo)(17)上端的內(nèi)平面保持水平，下三角銅片(19)的內(nèi)平面與波導(dǎo)(17)下端的內(nèi)平面保持水平；激光等離子體絲從距離波導(dǎo)的上三角銅片(18)尖端100 μ m處通過，銅絲與發(fā)射波導(dǎo)I (4)下三角銅片(1 尖端緊靠，保證電磁信號(hào)較好傳輸。沿雙線傳輸線方向改變發(fā)射波導(dǎo)I (4)和接收波導(dǎo)II (7)的間距，觀察示波器探測到的電磁信號(hào)，驗(yàn)證含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置傳導(dǎo)電磁信號(hào)的能力。
2.如權(quán)利要求1所述的含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，其特征在于，所述的飛秒激光器(1)采用的是中心波長SOOnm、脈寬lOOfs、脈沖能量14mJ、重復(fù)頻率IOHz 的Ti藍(lán)寶石飛秒激光器。
3.如權(quán)利要求1所述的含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，其特征在于，所述的聚焦透鏡⑵分別采用焦距為lm、2m、;3m的長焦距平凸透鏡。
4.如權(quán)利要求1所述的含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，其特征在于，所述的飛秒激光器(1)發(fā)射飛秒激光脈沖，激光等離子體絲是飛秒激光脈沖在大氣中的自聚焦效應(yīng)與等離子體散焦效應(yīng)的動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果，其直徑為100 μ m，該等離子體絲與一根直徑為0. 5mm銅絲構(gòu)成雙線傳輸線結(jié)構(gòu)，且雙線平行。
5.如權(quán)利要求1所述的含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，其特征在于，所述的發(fā)射波導(dǎo)1(4)和接收波導(dǎo)11(7)采用矩形波導(dǎo)(17)、上三角銅片(18)和下三角銅片 (19)構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，其特征在于，所述的矩形波導(dǎo)(17)，采用型號(hào)為WR90的矩形波導(dǎo)。
7.如權(quán)利要求1所述的含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，其特征在于，所述的上三角銅片(18)和下三角銅片(19)相同，如圖3所示，可與矩形波導(dǎo)組裝，且三角銅片與波導(dǎo)內(nèi)平面在同一水平面上，如圖4所示。
8.如權(quán)利要求1所述的含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，其特征在于，所述的信號(hào)發(fā)生器(6)輸出頻率范圍為7. 5GHz 12. 4GHz，輸出功率為5mW，輸出標(biāo)準(zhǔn)功率范圍為-IOdBm 120dBm。
9.如權(quán)利要求1所述的含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，其特征在于，所述的檢波器⑶)采用TJ8-4同軸晶體檢波器，將電磁波轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)。
10.如權(quán)利要求1所述的含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，其特征在于，所述的示波器(10)用于檢測接收到的電磁波信號(hào)，進(jìn)而驗(yàn)證含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置傳導(dǎo)電磁信號(hào)的能力。
全文摘要
本發(fā)明提供了含有飛秒激光等離子體絲的雙線傳輸線裝置，結(jié)合了電磁波耦合技術(shù)、電磁信號(hào)發(fā)射與探測技術(shù)以及飛秒激光在空氣中成絲技術(shù)，采用飛秒激光在空氣中產(chǎn)生的等離子體絲作為雙線傳輸線的一部分，以其較好的導(dǎo)電性以及公里量級(jí)的長距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)的、虛擬的定向傳導(dǎo)電磁能，且具有隱蔽性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，簡單適用，可應(yīng)用于軍事、民用中的電磁信號(hào)傳輸?shù)取?br> 文檔編號(hào)H01P3/02GK102509830SQ20111032622
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者任玉, 李富錦, 林景全, 董旭 申請人:長春理工大學(xué)