[發明專利]一種太赫茲光譜儀及太赫茲收發探頭

有效

• 申請號: 201410033989.6
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103743681B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 雷江波;孟坤;朱禮國;劉喬;鐘森城;翟召輝
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 徐宏,吳彥峰

技術領域

本發明涉及屬于太赫茲時域光譜診斷技術領域，尤其是一種太赫茲光譜儀及太赫茲收發探頭。

背景技術

THZ波或稱為太赫茲射線是上個世紀80年代中后期，才被正式明明的。太赫茲波是指頻率在0.1THZ到10THZ范圍的電磁波，波長大概在0.03到3mm范圍，介于微波與紅外之間。太赫茲系統在半導體材料、高溫超導材料的性質研究、斷層成像技術、無標記的基因檢查、細胞水平成像、化學和生物的檢查、以及寬帶通信、微波定向等許多領域有廣泛的應用。

目前太赫茲時域光譜系統大多采用離軸拋面鏡對太赫茲脈沖進行空間傳播，在結構上復雜，光程長，穩定性差，使太赫茲波的能量利用率低下。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術存在的問題，提供一種太赫茲光譜儀及太赫茲收發探頭，通過太赫茲轉換器將激光器發射的激光轉換為探測光和泵浦光，進而通過太赫茲收發探頭接收太赫茲轉換器輸出探測光和泵浦光，進行樣品反射式探測和透射式探測，得到樣品光譜信息。解決了現有技術中存在的太赫茲光譜儀結構復雜、體積大、探測效率低的缺點。進一步的，通過太赫茲透鏡與光導天線位置設置，解決現有技術中太赫茲收發探頭體積大，太赫茲能量利用效率低的缺點。

本發明采用的技術方案如下：

一種太赫茲光譜儀包括：

激光器，用于發射激光；太赫茲轉換器，用于將激光器發射的激光轉換為探測光和泵浦光；探測光比泵浦光有T時間延遲；所述T是皮秒級到納秒級；

太赫茲收發探頭10，用于接收太赫茲轉換器輸出探測光和泵浦光，產生輻射太赫茲波進行樣品反射式探測和透射式探測，通過攜帶樣品信息的太赫茲波進行探測得到樣品表面光譜。

進一步的，所述太赫茲收發探頭包括第一光導天線、第二光導天線、第一太赫茲透鏡、第二太赫茲透鏡、第三太赫茲透鏡；?

第一光導天線，泵浦光輻射在第一光導天線兩電極間的光電導材料上輻射出太赫茲脈沖；由第一光導天線輻射出的太赫茲脈沖經過第一太赫茲透鏡、第三太赫茲透鏡后，入射至樣品表面反射后經過第二太赫茲透鏡后輻射到第二光導天線的光電導材料上；

第二光導天線，探測光經過光學延遲線延遲后入射到透鏡上后聚焦輻射在第二光導天線的光電導材料上，通過探測光輻射在第二光導天線兩電極間的光導材料上產生自由載流子，與此同時自由空間傳播的攜帶樣品信息的太赫茲脈沖也輻射在第二光導天線兩電極間的光導材料上，既可以驅動載流子產生正比于太赫茲瞬間電場的光電流；

所述第一太赫茲透鏡與第二太赫茲透鏡的中心距P，第一太赫茲透鏡與第二太赫茲透鏡直徑為X，所述第三太赫茲透鏡的直徑Y滿足：????????????????????????????????????????????????；泵浦光光能量和探測光光能量對應分別不超過第一光導天線、第二光導天線的能量閥值。

進一步的，所述第一太赫茲透鏡、第二太赫茲透鏡分別與第三太赫茲透鏡的焦距為8f或者4f。

進一步的，所述太赫茲轉換器包括：

分光裝置，用于將激光器發射的激光分為為泵浦光、探測光，其中泵浦光通過第二透鏡8入射至太赫茲收發探頭一輸入端口，探測光入射至延遲角度轉換裝置中；所述泵浦光與分光裝置入射光光軸垂直；泵浦光通過第一透鏡9入射至太赫茲收發探頭的探測光與分光裝置入射光光軸垂直；

延遲角度轉換裝置，用于將第一分光器輸出的探測光進行光信號T時間延遲，并將探測光延遲信號入射至太赫茲收發探頭另一輸入端口。

進一步的，所述分光裝置包括分光器及第一調整器，所述其中分光器指的是分束鏡5或半反半透透鏡，第一調整器是第二波片6或者第二波片，第一調整器用于調節泵浦光和探測光的功率比。

進一步的，所述延遲角度轉換裝置包括延遲裝置和角度轉換裝置，延遲裝置是延遲線7。角度轉換裝置是分束鏡14、反射鏡或者半反半透透鏡。

進一步的，當所述角度轉換裝置是分束鏡時，延遲角度轉換裝置還包括檢測裝置13，所述分束鏡將延遲線輸出探測光進行功率分配，經過分束鏡透射的探測光入射至檢測裝置，進行功率檢測；經過分束鏡反射的探測光入射至太赫茲收發探頭另一輸入端口。

進一步的，所述太赫茲轉換器還包括第一可調反射鏡2、第二可調反射鏡4、第二調整器，所述激光器1發射激光依次經過第一可調反射鏡、第二調整器、第二可調反射鏡后，調整激光進入分光裝置，所述激光器發射的激光與分光裝置入射方向為α，所述α范圍是0到180°，第二調整器是第一波片3。