[實用新型]測量太赫茲時域光譜的設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200620173227.7
• 申請日: 2006-12-31
• 公開（公告）號: CN200996980Y
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李元景;馮兵;趙自然;王迎新;俞冬梅
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08;G01R31/00;G01J3/28
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 朱進桂

技術(shù)領(lǐng)域

本使用新型涉及一種太赫茲時域光譜(THz-TDS：TerahertzTime-Domain?Spectroscopy)測量技術(shù)，特別涉及一種通過使用飛秒脈沖激光產(chǎn)生并探測太赫茲脈沖來測量太赫茲時域光譜的設(shè)備。

背景技術(shù)

隨著太赫茲波(指波段范圍為0.05～50THz，特別是0.1-10THz的電磁波)產(chǎn)生與探測技術(shù)的日趨成熟，太赫茲波的相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用研究得到了快速發(fā)展。太赫茲時域光譜技術(shù)是太赫茲波研究領(lǐng)域最重要的技術(shù)之一。使用太赫茲時域光譜技術(shù)能獲得被檢測樣品的太赫茲反射或透射光譜，所獲光譜可以用來鑒別樣品的成分，從而可以被廣泛應(yīng)用于質(zhì)量檢測、安全檢查及反恐等諸多應(yīng)用領(lǐng)域。

文獻1(張興寧等，太赫茲時域光譜技術(shù)，激光與光電子學(xué)進展，2005年7月，35～38頁)披露了一種太赫茲時域光譜測量技術(shù)，它采用一臺飛秒激光器，其產(chǎn)生的飛秒激光被分成兩束。一束作為抽運光束來激發(fā)太赫茲發(fā)生器產(chǎn)生太赫茲脈沖，另一束作為探測光束入射到太赫茲探測器上來測量探測光束到達時刻的太赫茲電場強度。在兩個光路之間的光程差一定時，對應(yīng)每一個激光脈沖產(chǎn)生的太赫茲脈沖，其與探測脈沖之間的相對時間延遲始終是固定不變的。因此，探測脈沖探測的始終是太赫茲脈沖在時間軸上的同一個點。通過一套精密機械位移裝置來調(diào)整其中一路光束(一般是探測光束)的光程，使兩個光路之間的光程差發(fā)生改變，即可以測量得到時間軸上不同時刻的太赫茲脈沖電場強度，從而得到太赫茲脈沖幅度的時域波形。然后，通過對脈沖電場強度數(shù)據(jù)進行傅立葉變換，來得到太赫茲脈沖的頻譜圖(時域光譜)。

但是，這種傳統(tǒng)的太赫茲時域光譜測量技術(shù)采用了機械時間延遲裝置。由于機械裝置的移動不可避免地導(dǎo)致光路(包括光斑的大小、位置的偏移等)的改變，并且移動幅度越大，改變越大，使其難以進行寬時間窗(如1ns甚至1ns以上)的測量，從而直接限制了其頻譜分辨能力(典型值3-50GHz)。另外，基于機械時間延遲裝置的系統(tǒng)掃描速度比較慢。在這種情況下，為了提高掃描速度，必須犧牲其頻譜分辨力。

文獻2(A.Bartels，etc.，High-resolution?THz?spectrometer?with?kHzscan?rates，OPITCS?EXPRESS，Vol.14，No.1，p430～437)披露了一種太赫茲時域光譜技術(shù)，它是一種異步光學(xué)采樣(Asynchronous?OpticalSampling)時域光譜技術(shù)。在文獻2的技術(shù)中，使用兩臺工作在不同重復(fù)頻率的飛秒激光器分別發(fā)出兩束飛秒激光。兩臺激光器產(chǎn)生的兩束激光被分別作為抽運光束與探測光束。與文獻1的太赫茲時域光譜測量技術(shù)需要使用機械時間延遲裝置來調(diào)整改變抽運脈沖與探測脈沖之間的時間延遲不同，文獻2的技術(shù)中的兩路光束由于工作在不同的重復(fù)頻率，因此其脈沖之間的時間延遲是一直處于變化中的。假定抽運脈沖的重復(fù)頻率為f，兩束激光之間的頻率差為Δf，則在1/Δf的時間間隔內(nèi)，探測脈沖即對太赫茲脈沖進行了一次時間窗為1/f的掃描。通過多次重復(fù)掃描提高信噪比，最終可以得到太赫茲脈沖的時域波形。同樣，通過對電場強度數(shù)據(jù)進行傅立葉變換，來得到太赫茲脈沖的時域譜。

如上所述，基于異步光學(xué)采樣的太赫茲時域光譜技術(shù)免去了機械時間延遲裝置，并有效地解決了掃描速度與頻譜分辨率之間的矛盾，使系統(tǒng)能保持高的頻譜分辨能力(典型值：1GHz)的同時保持高的掃描速度(單次掃描典型時間0.1ms，多次掃描信噪比典型值：60dB@60s)。但是，這種技術(shù)為了保證測量帶寬并解決頻率穩(wěn)定性問題，大幅提高了飛秒激光器的重復(fù)頻率(由典型值80MHz提高到了1GHz)，使其頻譜分辨力無法得到進一步的提高(1GHz重復(fù)頻率的理論頻譜分辨率為1GHz)。此外，為了提高探測帶寬，必須提高激光器重復(fù)頻率的穩(wěn)定性，而進一步提高重復(fù)頻率的穩(wěn)定性是相當困難的。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本使用新型提出了一種新的測量太赫茲時域譜的設(shè)備，它通過調(diào)整兩臺工作在同樣重復(fù)頻率的飛秒激光器出射的兩個光束之間的初始相位差來實現(xiàn)兩個光束之間的時間延遲。

在本使用新型的另一方面，提出了一種測量太赫茲時域光譜的設(shè)備，包括：第一飛秒激光器，以預(yù)定的重復(fù)頻率從第一飛秒激光器發(fā)出第一脈沖激光束，產(chǎn)生太赫茲脈沖；第二飛秒激光器，以所述重復(fù)頻率從第二飛秒激光器發(fā)出第二脈沖激光束；測量裝置，設(shè)置在第一飛秒激光器和第二飛秒激光器的下游，測量在所述第一脈沖激光束與所述第二脈沖激光束之間的各個相位差處的太赫茲脈沖的電場強度；以及與測量裝置連接的數(shù)據(jù)處理裝置，通過對表示所述電場強度的數(shù)據(jù)進行傅立葉變換來得到太赫茲時域光譜。