[發明專利]一種太赫茲時域光譜系統及操作方法

在審

• 申請號: 201810383530.7
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108844913A
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 徐德;丁宇潔;王燕茹;冉錚惠
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院計量測試中心
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586;G01J3/433
• 代理公司: 北京盈天科地知識產權代理有限公司 11645
• 代理人: 任麗娜

1.一種太赫茲時域光譜系統，其特征在于，包括飛秒激光器（1）、斬波器（2）、M1分束鏡（3）、THz發射器（4）、H1拋物面鏡（5）、N1反射鏡（6）、N2反射鏡（7）、H2拋物面鏡（8）、M2分束鏡（9）、延遲模塊（10）、Q1 THz探測器（11）、THz分束鏡（12）、H3拋物面鏡（13）、Q2 THz探測器（14）、鎖相放大器（15）和計算機（16），所述延遲模塊（10）與計算機（16）之間、斬波器（2）與鎖相放大器（15）之間、Q1 THz探測器（11）與鎖相放大器（15）之間、Q2 THz探測器（14）與鎖相放大器（15）之間、鎖相放大器（15）與計算機（16）之間采用數據線連接，其余部分為光路部分，采用自由空間傳輸或光纖耦合傳輸；飛秒激光經所述M1分束鏡（3）分為A1泵浦光和A2探測光，所述A2探測光穿過延遲模塊（10）后經M2分束鏡（9）一路傳遞給Q2 THz探測器（14），另一路經N1反射鏡（6）和N2反射鏡（7）傳遞給Q1探測器（11）；所述A1泵浦光進入THz發射器（4）后激發THz發射器（4）產生太赫茲波，太赫茲波經H1拋物面鏡（5）準直后再由THz分束鏡（12）進行光路分束，一路為樣品測量光路經H3拋物面鏡（13）進入Q2THz探測器（14），另一路為背景測量光路經H2拋物面鏡（8）進入Q1 THz探測器（11）。

2.根據權利要求1所述的一種太赫茲時域光譜系統，其特征在于：所述THz發射器（4）選用光電導天線，主要用于在飛秒脈沖激光激勵下產生太赫茲輻射波。

3.根據權利要求1所述的一種太赫茲時域光譜系統，其特征在于：所述Q1 THz探測器（11）、Q2 THz探測器（14）選擇ZnTe晶體，主要用于太赫茲波探測。

4.根據權利要求1所述的一種太赫茲時域光譜系統，其特征在于：所述延遲模塊（10）為機械式掃描延遲線，用于產生一系列的光程差。

5.根據權利要求1所述的一種太赫茲時域光譜系統的操作方法，其特征在于：

a)采用功率計對飛秒激光器（1）的輸出功率進行監測，根據THz發射器（4）的要求將飛秒激光器（1）的輸出功率調節至合適位置；

b)將飛秒激光器（1）輸出的飛秒激光通過斬波器（2），斬波器（2）的頻率一般設置為3kHz；

c)采用M1分束鏡（3）將通過斬波器（2）的飛秒激光分為兩束，一束作為A1泵浦光激發THz發射器（4）產生太赫茲脈沖信號，另一束作為A2探測光進入延遲模塊（10）；

d)THz發射器（4）發出的太赫茲脈沖經THz分束鏡（12）分為透射太赫茲波和反射太赫茲波，透射太赫茲波用于樣品測量，反射太赫茲波用于背景測量；

e)背景測量光路和樣品測量光路上的太赫茲波分別被H2拋物面鏡（8）和H3拋物面鏡（13）聚焦后分別入射至Q1 THz探測器（11）和Q2 THz探測器（14），經延遲模塊（10）后的探測光也共線進入Q1 THz探測器（11）和Q2 THz探測器（14）；

f)將Q1 THz探測器（11）和Q2 THz探測器（14）的電輸出端口產生的電壓信號直接連接到鎖相放大器（15）的兩個信號輸入端口；

g)將斬波器（2）的電信號輸出端連接到鎖相放大器（15）的參考信號輸入端，以將斬波器（2）的調制頻率作為鎖相放大器（15）的參考信號對采樣信號進行解調；

h)計算機（16）控制延遲模塊（10）按照設定的步進量進行移動，使探測光產生一系列遞增的光程差，同時控制鎖相放大器（15）對每次步進的Q1 THz探測器（11）和Q2 THz探測器（14）輸出的電信號進行采樣；

i)通過延遲模塊（10）整個行程的步進式掃描，計算機（16）可以采樣得到太赫茲脈沖的時域波形。