[發明專利]一種太赫茲光譜探測系統及方法

有效

• 申請號: 201710408562.3
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107328472B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 周濤;黎華;萬文堅;符張龍;王長;曹俊誠
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

1.一種太赫茲光譜探測系統，其特征在于：所述太赫茲光譜探測系統包括調制模塊、選模模塊、探測光路以及探測模塊，其中，調制模塊輸出信號至選模模塊，選模模塊與探測光路以及探測模塊依次光路連通；選模模塊由探測模塊控制；所述選模模塊包括THz QCL和選模光柵，其中THz QCL接收調制模塊的調制信號，發射激光光束至選模光柵并借助于選模光柵輸出單模信號；THz QCL和選模光柵兩者同置于一溫度低于25K的真空腔體內，所述調制模塊、探測光路以及探測模塊置于真空腔體外的非真空環境中；

所述探測模塊包括探測器和控制顯示器，探測器獲取由匯聚透鏡匯聚的單模信號并將其傳輸到控制顯示器；所述探測器采用常溫的THz探測器。

2.如權利要求1所述的太赫茲光譜探測系統，其特征在于：所述調制模塊包括用以產生直流偏置信號的直流單元、用于產生射頻信號的射頻單元以及用于接收直流偏置信號和射頻信號的梯形偏置器，該偏置器將接收到的直流偏置信號和射頻信號耦合并輸出至選模模塊。

3.如權利要求1所述的太赫茲光譜探測系統，其特征在于：所述THz QCL包括QCL諧振腔，該QCL諧振腔一端設有用于光束匯聚的發射透鏡，另一端則設有輸出單模信號的出射端。

4.如權利要求3所述的太赫茲光譜探測系統，其特征在于：所述發射透鏡采用超球面鏡，且該超球面鏡表面與QCL出射端的端面均鍍有減反膜。

5.如權利要求3或4所述的太赫茲光譜探測系統，其特征在于：所述選模光柵與一旋轉電機相連由其帶動旋轉，該旋轉電機則與探測模塊電連接。

6.如權利要求3所述的太赫茲光譜探測系統，其特征在于：所述探測光路包括一組匯聚透鏡，將來自QCL諧振腔出射端的單模信號光傳輸至探測模塊。

7.一種太赫茲光譜探測方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟S1：提供用于將直流偏置信號和射頻信號耦合的調制模塊；

步驟S2：提供一溫度低于25K的真空腔體，將對來自S1中經耦合的調制信號進行單一縱模信號輸出的選模模塊同置于所述真空腔體內，其中，所述選模模塊包括THz QCL和選模光柵，S1中產生的調制信號驅動THz QCL發射THz信號至選模光柵，選模光柵調整衍射角并將選模之后的單模信號衍射反饋至QCL的諧振腔，并輸出單一縱模信號；

步驟S3：在所述真空腔體外提供對S2中單一縱模信號進行光路傳輸的探測光路；

步驟S4：在所述真空腔體外提供對經S3中探測光路傳輸的信號確定THz頻譜中特定頻點響應并顯示的探測模塊；所述探測模塊包括探測器和控制顯示器，探測器獲取由匯聚透鏡匯聚的單模信號并將其傳輸到控制顯示器；所述探測器采用常溫的THz探測器；

步驟S5：調整選模光柵的衍射反饋角，實現不同模式的選擇，重復上述S2-S4，獲取不同頻點的響應值，對所測試的頻譜數據按照模式頻點進行光譜數據還原，從而得到全頻段THz透射光譜數據。

8.根據權利要求7所述的太赫茲光譜探測方法，其特征在于：

在S1中，打開調制模塊中的射頻單元和直流單元以分別產生射頻信號和直流偏置信號，兩信號通過梯形偏置器耦合產生調制信號；

在S3中，所述S2中單一縱模信號，經由低衰減的THz匯聚透鏡匯聚至樣品處，并將攜帶有樣品信息的信號經匯聚透鏡匯聚并傳輸至探測模塊；

在S4中，探測模塊從攜帶有樣品信息的信號中獲取單頻點的THz信號強度并傳輸至其控制顯示器。