[發(fā)明專利]便攜式太赫茲時(shí)域光譜儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710033171.8
• 申請(qǐng)日: 2017-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN106841082B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾和平;南君義;李敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海朗研光電科技有限公司;華東師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/3586
• 分類號(hào): G01N21/3586;G01J3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種便攜式太赫茲時(shí)域光譜儀。屬于新型太赫茲時(shí)域光譜儀器結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

太赫茲(THz)波是介于紅外線和毫米波之間的一個(gè)特殊頻段，通常是指頻率在0.1THz到10THz(1THz＝10¹²Hz)之間。太赫茲波的特殊的性質(zhì)，給通信(寬帶通信)、雷達(dá)、電子對(duì)抗、電磁武器、天文學(xué)、醫(yī)學(xué)成像(無標(biāo)記的基因檢查、細(xì)胞水平的成像)、無損檢測(cè)、安全檢查(生化物的檢查)等領(lǐng)域帶來了深遠(yuǎn)的影響。太赫茲脈沖光源相比于傳統(tǒng)光源主要具有瞬態(tài)性、相干性、寬帶性、低能性、部分材料穿透性、指紋譜等特點(diǎn)。在過去十幾年里，太赫茲應(yīng)用已經(jīng)逐漸滲透到物理、傳感、通訊、生命科學(xué)等領(lǐng)域。

太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)是太赫茲的主要應(yīng)用之一，在無損檢測(cè)、毒品檢測(cè)、糧食選種和安全檢查方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前，太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)大多采用光電導(dǎo)天線發(fā)射太赫茲波，用光電導(dǎo)天線或者電光采樣的方式探測(cè)太赫茲波。前者具有結(jié)構(gòu)小巧、探測(cè)信噪比高的優(yōu)點(diǎn)；后者所需的探測(cè)脈沖能量低、高靈敏度和探測(cè)帶寬等優(yōu)點(diǎn)。然而，目前太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)大多是建立在實(shí)驗(yàn)室里面，均存在系統(tǒng)體積大，便攜性差，并且光譜檢測(cè)速度慢、操作復(fù)雜等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種便攜式太赫茲時(shí)域光譜儀裝置。該裝置只需將樣品放入測(cè)量模塊中即可對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品快速測(cè)量其透射太赫茲光譜，同時(shí)采用高低平面反射鏡將太赫茲波傳輸光路進(jìn)行上下空間折疊，極大節(jié)省了空間結(jié)構(gòu)，為太赫茲時(shí)域光譜儀的便攜式設(shè)計(jì)提供新的方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種便攜式太赫茲時(shí)域光譜儀，其包括：

用于輸出太赫茲泵浦光和探測(cè)光的飛秒脈沖光纖激光器模塊；

用于控制太赫茲傳輸光路的光路爬高模塊；

用于產(chǎn)生太赫茲脈沖的太赫茲發(fā)射模塊；

用于探測(cè)攜帶樣品太赫茲光譜信息的太赫茲探測(cè)模塊；

用于采集和分析太赫茲時(shí)域光譜數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理及儀器控制模塊；以及

用于供電的電源模塊。

作為優(yōu)選方案，所述光路爬高模塊包括分束鏡、平面反射鏡、第一鍍金離軸拋物面鏡、第二鍍金離軸拋物面鏡和樣品平臺(tái)，所述分束鏡與平面反射鏡豎直方向平行設(shè)置，所述第一鍍金離軸拋物面鏡與第二鍍金離軸拋物面鏡豎直平行、共焦設(shè)置，所述樣品平臺(tái)設(shè)置于第一鍍金離軸拋物面鏡和第二鍍金離軸拋物面鏡之間的公共焦點(diǎn)處，飛秒脈沖激光經(jīng)過分束鏡后被分成泵浦光和探測(cè)光兩部分，其中，所述探測(cè)光直接從分束鏡透射進(jìn)入太赫茲探測(cè)模塊中，所述泵浦光被分束鏡前表面和平面反射鏡入射進(jìn)太赫茲發(fā)射模塊中。所述的太赫茲發(fā)射模塊產(chǎn)生的太赫茲波被第一鍍金離軸拋物面鏡匯聚入射在樣品平臺(tái)上，然后透射的太赫茲波入射在第二鍍金離軸拋物面鏡上，太赫茲波最終被太赫茲探測(cè)模塊收集。

作為優(yōu)選方案，所述太赫茲發(fā)射模塊包括：透鏡、第一光電導(dǎo)天線、第三鍍金離軸拋物面鏡和若干平面反射鏡。若干所述平面反射鏡設(shè)置在光路爬高模塊后方，與透鏡、第一光電導(dǎo)天線和第三鍍金離軸拋物面鏡等放置與同一水平面上，泵浦光經(jīng)過光路爬高模塊后，經(jīng)過平面反射鏡和透鏡后，被耦合進(jìn)第一光電導(dǎo)天線上，輻射出太赫茲波，第一光電導(dǎo)天線放置在鍍金離軸拋物面鏡的焦點(diǎn)上輻射出的太赫茲波經(jīng)過第三鍍金離軸拋物面鏡后入射進(jìn)光路爬高模塊中。

作為優(yōu)選方案，所述太赫茲探測(cè)模塊包括：光學(xué)延遲線、透鏡、第二光電導(dǎo)天線、第四鍍金離軸拋物面鏡、鎖相放大器和若干平面反射鏡。太赫茲探測(cè)模塊中的所有器件都與探測(cè)光處于同一水平面上，探測(cè)光先經(jīng)過平面反射鏡進(jìn)入光學(xué)延遲線中，然后經(jīng)過透鏡被耦合進(jìn)第二光電導(dǎo)天線中，進(jìn)入太赫茲探測(cè)模塊中的太赫茲波被第四鍍金離軸拋物面鏡收集耦合進(jìn)第二光電導(dǎo)天線中，將太赫茲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號(hào)。

作為優(yōu)選方案，所述數(shù)據(jù)處理及儀器控制模塊包括：數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)，用于采集和分析電壓信號(hào)，獲取樣品的太赫茲光譜信息。

作為優(yōu)選方案，所述電源模塊包括：飛秒脈沖光纖激光器的電源、鎖相放大器的電源和電機(jī)控制盒及控制盒電源。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、利用鍍金離軸拋物面鏡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將太赫茲傳輸光路在空間上設(shè)計(jì)為上下兩層折疊結(jié)構(gòu)，極大減小了太赫茲時(shí)域光譜儀的平面尺寸；

2、這種上下兩層折疊結(jié)構(gòu)的運(yùn)用，還可以增加太赫茲時(shí)域光譜儀的內(nèi)部容積，可以儀器內(nèi)部集成更多儀器，如鎖相放大器、飛秒脈沖光纖激光器、電源等，可充分利用儀器內(nèi)部的空間；