[發(fā)明專利]一種便攜式太赫茲譜檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610099661.3
• 申請日: 2016-02-24
• 公開（公告）號: CN105738314B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設計）人: 應義斌;王陳;謝麗娟;黃宇新
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 王洪新;王之懷

本發(fā)明涉及一種便攜式太赫茲譜檢測裝置及檢測方法。目的是提供的便攜式太赫茲譜檢測裝置和方法能夠?qū)Σ煌穸?、不同吸收特性樣品的太赫茲譜進行測量。技術方案是：一種便攜式太赫茲譜檢測裝置，包括箱體及分光模塊、相角補償模塊、探測光路模塊、太赫茲產(chǎn)生模塊、太赫茲探測模塊以及太赫茲光路模塊。一種太赫茲譜檢測的方法，步驟如下：S1.采集時域波形E_r(t)；S2.將樣品中心位于太赫茲光束的束腰處；S3.測量樣品的時域波形E_s(t)；S4.分別進行傅里葉變換，得到兩種信號的頻域分布；S5.采用基于菲涅爾公式的數(shù)據(jù)處理模型；S6.重復S3到S5的操作，得到不同偏振方向下樣品的太赫茲譜信號。

技術領域

本發(fā)明涉及太赫茲檢測技術領域，具體是一種便攜式太赫茲譜檢測裝置及檢測方法。

背景技術

太赫茲輻射是指頻率為0.1THz-10THz間的一段電磁波，處于宏觀電子學向微觀光子學過渡的區(qū)域，具有很多獨特的優(yōu)點。太赫茲光子能量低，對于很多介電材料和非極性的液體有良好的穿透性，許多極性大分子振動能級間的躍遷和轉(zhuǎn)動能級間的躍遷正好處于太赫茲頻率范圍。因此，太赫茲波適合用于安全無損非接觸式檢測。研究物質(zhì)的太赫茲光譜響應對于深入揭示其組成、結(jié)構(gòu)及理化特性具有重要意義。其中，太赫茲時域光譜技術能直接測量太赫茲輻射的電場強度，包括電場的振幅和相位，可以方便獲取物質(zhì)的折射率和消光系數(shù)等方面的信息，在基礎生物科學、醫(yī)藥學和材料科學等方面有很大的應用潛力。因此，一套能準確測量物質(zhì)太赫茲光譜響應信號的檢測裝置及相應檢測方法對促進太赫茲波在各個領域的應用具有重要的意義。

現(xiàn)有的太赫茲時域光譜系統(tǒng)多采用光導天線或光整流機制輻射太赫茲脈沖，采用光電導采樣或電光采樣的方法探測太赫茲脈沖。這些方法較成熟，但對產(chǎn)生和探測介質(zhì)要求較高，且一般只能探測較低頻段(一般寬至3THz)的信號，還有大部分頻段的太赫茲信號無法獲得，極大地限制了太赫茲波的應用。研究發(fā)現(xiàn)，空氣可以作為太赫茲產(chǎn)生和探測的介質(zhì)，通過空氣電離可以獲得頻帶寬，電場強度強的太赫茲信號。由于產(chǎn)生的太赫茲頻段很寬，對寬頻太赫茲的準確調(diào)控難度很大，使得一些檢測裝置太赫茲產(chǎn)生和探測效果差，體積龐大，使用受限。中國專利文獻CN105092515A公開了一種基于太赫茲光譜技術的全成分顆粒劑中草藥牽牛子的檢測方法，其中使用的檢測裝置太赫茲產(chǎn)生效率低，信號弱，檢測效果差；檢測裝置體積龐大，不便于攜帶；使用的數(shù)據(jù)處理方法的準確度與樣品的厚度和吸收特性相關，這對待測樣品有較高的要求。以上這些不足極大地限制了太赫茲時域光譜技術的應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是克服上述背景技術的不足，提供一種便攜式太赫茲譜檢測裝置和方法，能夠?qū)Σ煌穸?、不同吸收特性樣品的太赫茲譜進行測量，并準確提取樣品在太赫茲頻段光學參數(shù)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便的特點。

本發(fā)明采用的技術方案如下：一種便攜式太赫茲譜檢測裝置，其特征在于：包括箱體及安裝在箱體中的分光模塊、相角補償模塊、探測光路模塊、太赫茲產(chǎn)生模塊、太赫茲探測模塊以及太赫茲光路模塊；其中，入射的飛秒脈沖激光由分光模塊分束成第一光路和第二光路，第一光路由相角補償模塊、太赫茲產(chǎn)生模塊、太赫茲光路模塊以及太赫茲探測模塊依次傳播形成，第二光路由探測光路模塊以及太赫茲探測模塊依次傳播形成。

作為優(yōu)選，所述分光模塊：包括沿直線依次排列的半波片和分束器，用于將入射的飛秒脈沖激光分束到相角補償模塊和探測光路模塊；

所述相角補償模塊：包括依次排列在分束器之后的β硼酸鋇晶片、α硼酸鋇晶片、石英光楔對和雙波長波片，將800nm基頻光進行倍頻產(chǎn)生400nm的倍頻光，并調(diào)整基頻光與倍頻光的相位差和偏振方向；

所述太赫茲產(chǎn)生模塊：由設置在雙波長波片之后的平凸透鏡I構(gòu)成，將調(diào)整好的基頻光與倍頻光聚焦到空氣中，使空氣電離產(chǎn)生太赫茲脈沖；

太赫茲光路模塊：包括依次設置在凸透鏡I之后的離軸拋物面鏡I、高阻硅片、離軸拋物面鏡II、樣品架、離軸拋物面鏡III以及帶孔離軸拋物面鏡；