[發明專利]基于散射效應的太赫茲波譜測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201610020854.5
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105572076B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 楊濤;黃維;朱永元;李興鰲;何浩培
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01N21/49
• 分類號: G01N21/49
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

本發明公開了一種基于散射效應的太赫茲波譜測量裝置及其測量方法。待測太赫茲波經由散射器件后形成太赫茲頻率的散射波，散射波在散射控制器的不同控制條件作用下被探測器所接收；散射器件可令不同頻率的入射太赫茲波形成不同的散射波強度角分布，散射控制器用來改變透過散射器件的太赫茲散射波在探測器位置處的散射場分布，使得固定頻率的入射太赫茲波在散射控制器不同控制條件作用下被探測器所接收到的散射波強度互不相同；計算處理單元用來接收探測器的測量結果，并進行數據分析和處理。本發明的太赫茲波譜測量裝置相比現有的太赫茲時域波譜測量裝置具有體積較小、易于制作、成本相對低廉，且頻率分辨率高、光譜測量范圍寬等優點。

技術領域

本發明涉及一種太赫茲波譜測量設備與波譜測量方法，特別涉及一種通過散射效應進行分光測量太赫茲波譜的設備及波譜測量方法。屬于波譜探測技術領域。

背景技術

隨著太赫茲波(指頻段范圍為0.05～50THz，特別是0.1～10THz的電磁波)產生與探測技術的日趨成熟，太赫茲波的相關技術與應用研究得到了快速發展。太赫茲波譜測量儀器是太赫茲波研究領域最重要的器件之一。使用太赫茲波譜測量儀器能獲得被檢測樣品的太赫茲反射或透射波譜，所獲太赫茲波譜可以用來鑒別樣品的成分，從而可以被廣泛應用于生化檢測、安全檢查等諸多應用領域。

文獻1(張興寧等，太赫茲時域光譜技術，激光與光電子學進展，2005年7月，35～38頁)披露了一種太赫茲時域光譜測量方法，它采用一臺飛秒激光器，其產生的飛秒激光被分成兩束。一束作為抽運光束來激發太赫茲發生器產生太赫茲脈沖，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，對應每一個激光脈沖產生的太赫茲脈沖，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據進行傅立葉變換，得到太赫茲脈沖的頻譜圖。

但是，這種傳統的太赫茲時域光譜測量方法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lns甚至lns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掃描速度比較慢，抗振動能力差。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 kHz scanrates,0PITCS EXPRESS,Vol.14，No.1，pp.430～437)披露了一種太赫茲時域光譜測量方法，它是一種異步光學采樣(Asynchronous Optical Sampling)時域光譜測量方法。在文獻2的方法中，使用兩臺工作在不同重復頻率的飛秒激光器分別發出兩束飛秒激光。兩臺激光器產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方法需要使用機械時間延遲裝置來調整改變抽運脈沖與探測脈沖之間的時間延遲不同，文獻2的方法中的兩路光束由于工作在不同的重復頻率，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，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，通過對電場強度數據進行傅立葉變換，得到太赫茲脈沖的時域譜。