[實用新型]小型化太赫茲時域光譜儀

有效

• 申請號: 201720785830.9
• 申請日: 2017-07-01
• 公開（公告）號: CN206945533U
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 曾和平;南君義;李敏
• 申請（專利權）人: 上海朗研光電科技有限公司
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586;G01J3/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種小型化太赫茲時域光譜儀，屬于太赫茲光譜技術領域。

背景技術

太赫茲(THz)波是介于紅外線和毫米波之間的一個特殊頻段，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，給通信(寬帶通信)、雷達、電子對抗、電磁武器、天文學、醫學成像(無標記的基因檢查、細胞水平的成像)、無損檢測、安全檢查(生化物的檢查)等領域帶來了深遠的影響。太赫茲脈沖光源相比于傳統光源主要具有瞬態性、相干性、寬帶性、低能性、部分材料穿透性、指紋譜等特點。在過去十幾年里，太赫茲應用已經逐漸滲透到物理、傳感、通訊、生命科學等領域。

太赫茲時域光譜技術是太赫茲的主要應用之一，在無損檢測、毒品檢測、糧食選種和安全檢查方面有其獨特的優勢。目前，太赫茲時域光譜技術大多采用光電導天線發射太赫茲波，用光電導天線或者電光采樣的方式探測太赫茲波。前者具有結構小巧、探測信噪比高的優點；后者所需的探測脈沖能量低、高靈敏度和探測帶寬等優點。為了適應市場的應用需求，太赫茲時域光譜儀需要往小型化、高測量精度、快速測量等方向優化。然而，目前太赫茲時域光譜測量系統大多是建立在實驗室里面，系統體積大，便攜性差，并且光譜檢測速度慢、操作復雜等缺陷。

實用新型內容

為了解決上述現有技術中存在的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種基于光路優化設計的小型化太赫茲時域光譜儀裝置。該裝置只需將樣品放入測量模塊中即可對實現對樣品快速測量其透射太赫茲光譜，同時采用音圈電機和回形反射鏡作為光學延遲線，以及利用飛秒脈沖激光的線偏振特性設計的新型光路優化設計結構，不僅極大節省了空間結構，還可以縮短太赫茲單個信號的測量時間，為太赫茲時域光譜儀的小巧性和實用性設計提供新的方法。

本實用新型是通過以下技術方案實現的：

本實用新型提供一種小型化太赫茲時域光譜儀，其包括飛秒脈沖光纖激光器模塊、太赫茲輻射模塊、光路掃描模塊、儀器控制模塊和電源模塊，所述飛秒脈沖光纖激光器模塊包括兩路同步輸出的飛秒脈沖光纖激光器；所述太赫茲輻射模塊包括平面反射鏡、置于所述平面反射鏡后端的透鏡、置于所述透鏡后端的第一光電導天線、置于所述第一光電導天線后端的樣品平臺和鍍金離軸拋物面鏡；所述光路掃描模塊包括偏振分束棱鏡、四分之一波片、直角棱鏡、回形反射鏡、音圈電機、0°平面反射鏡、透鏡和第二光電導天線，所述四分之一波片設置于偏振分束棱鏡的后端，所述直角棱鏡設置于四分之一波片的后端，所述回形反射鏡設置于直角棱鏡的后端，所述音圈電機與回形反射鏡固定連接，所述0°平面反射鏡置于光路末端，所述透鏡置于偏振分束棱鏡的另一偏振光路輸出端，所述第二光電導天線置于偏振分束棱鏡后端。

本實用新型的基本原理為：從飛秒脈沖光纖激光器輸出的飛秒脈沖應是線性偏振光，電場矢量既可以是水平方向偏振，也可以是豎直方向偏振。兩路同步輸出的小型飛秒脈沖光纖激光器出射的飛秒脈沖激光被分成等功率的泵浦光和探測光兩部分。泵浦光被聚焦透鏡耦合進第一光電導天線上后，在外靜電場的作用下輻射出太赫茲波。鍍金離軸拋物面鏡可以改變太赫茲波的傳輸方向，使其入射在樣品表面。從樣品上透射而過的太赫茲波載有一定的樣品信息，最后被光路掃描模塊中的太赫茲探測器接收。從分束片透射的探測光進入光路掃描模塊的偏振分束棱鏡中。從偏振分束棱鏡反射(或透射)的線性偏振光脈沖經過四分之一波片后變成圓偏振光脈沖，并被直角棱鏡的其中一個直角邊的前表面反射，通過調整直角棱鏡的俯仰，使光束保持準直的入射進固定在音圈電機上的回形反射鏡中。光束被回形反射鏡以0°反射回后入射在直角棱鏡的另一個直角邊上，然后入射在一面0°平面反射鏡上。控制0°平面反射鏡的角度，使探測光束恰好沿原光路返回，經過直角棱鏡、回形反射鏡以及四分之一波片后，探測光由圓偏振態變成與初始線性偏振方向相正交的線偏振態，最后從偏振分束棱鏡中透射(或反射)而出，耦合進第二光電導天線的半導體層。通過控制音圈電機的位置，改變探測光與泵浦光之間的光程差，即可掃描探測出耦合進第二光電導天線中的太赫茲信號。從光路掃描模塊中的第二光電導天線中輸出的弱電信號經過小型鎖相放大器優化放大和數據采集卡A/D轉換后送入計算機中進行傅里葉變換、頻譜分析等數據處理，即可得到樣品的太赫茲時域光譜信息。此外，計算機上有控制全套儀器工作的軟件，圖形化控制界面，操作簡單。

作為優選方案，所述儀器控制模塊包括鎖相放大器，數據采集卡和計算機。

作為優選方案，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控制盒及電源。