[發明專利]適用于太赫茲頻段高反射材料介電參數測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201811219803.0
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109188105B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 蔡禾;張景;孫金海;鄭巖;張旭濤;徐穎
• 申請（專利權）人: 北京環境特性研究所
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 周嬌嬌

本發明涉及一種適用于太赫茲頻段高反射材料介電參數測量裝置及方法，該裝置包括參考板、透射測量模塊、反射測量模塊和計算模塊；該方法采用部分透射、部分反射的材料作為參考板，通過對參考板的透射測量，獲得其復折射率，并推算其在設定入射角度下的反射率；分別測量參考板和待測材料板在同一設定入射角度下反射的太赫茲波能量，并結合推算的參考板的反射率，計算待測材料板的反射率；根據測量頻段待測材料板的反射率及外推反射率，計算待測材料板引起的相移，從而得到待測材料板的復介電參數。該裝置及方法基于光纖耦合的太赫茲時域光譜技術，特別適用于太赫茲頻段高反射材料的介電參數的測量，有助于提高反射率、介電參數測量的準確度。

技術領域

本發明涉及太赫茲技術領域，尤其涉及一種適用于太赫茲頻段高反射材料介電參數測量裝置及方法。

背景技術

太赫茲時域光譜技術(Terahertz time domain spectroscopy,THz-TDS)是近年來發展起來的新的光譜技術，許多大分子物質的轉動、振動能級都落在了太赫茲頻段，太赫茲時域光譜系統可用于測量違禁化學品(包括各類單質炸藥、毒品)等大分子物質的吸收光譜，成為了一種有效的物質鑒定手段；另一方面，太赫茲時域光譜也作為一種材料特性研究工具，利用透射式、反射式太赫茲時域光譜系統對物質進行透射率、反射率測量，從而可反演材料的介電參數。

盡管目前提出了很多太赫茲頻段材料介電參數的測量、反演方法，但大多只適用于弱吸收材料的透射測量，一直以來反射測量是太赫茲時域光譜技術面臨的最大挑戰，該技術存在反射相位測不準和高反射材料反射率幅度測不準兩個主要問題；反射相位測不準來源于放置誤差，反射法測量介電參數先要獲得樣品的反射率，包括反射的幅度和相位，需要分別在同樣姿態下測量參考板的反射和待測材料板的反射的幅度相位，兩次反射測量需要參考板和待測材料板的反射表面嚴格處于同一位置，因為太赫茲波長只有0.1mm(@1THz)，對放置誤差較為敏感，誤差應該在幾微米的范圍內，才能準確獲得材料板反射引起的相移，然而通常手工放置樣板無法保證這樣的精度，造成無法準確反演介電參數。同時，反射定位誤差也會導致反射太赫茲偏離太赫茲接收模塊中的探測芯片或者波束聚焦狀態被改變，也會影響幅度測量精度。

另一方面，反射率幅度測不準也來源于錯誤的選擇參考板，通常測量反射率幅度時會選擇金屬板或者鍍金反射鏡的反射能量作為照射能量，材料板反射能量除以參考板的反射能量作為反射率幅度部分，對大多數材料是適用的且可以被接受的。但對于金屬等高反射性能的材料的測量而言，以鍍金反射鏡作為參考板，認為其反射能量等同于照射能量，其中存在著貴金屬金的反射率在所有材料里是最高、且可以反射全部能量的假設，而這一假設是不嚴格的，然而在很多已知頻段已證實，這不是一定是正確的，尤其是在太赫茲這樣一個跨度很寬的頻段內。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是解決現有技術中太赫茲頻段材料高反射材料測量存在反射率幅度、相位測量不準確，無法準確反演材料介電參數的問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種適用于太赫茲頻段高反射材料介電參數測量裝置，包括：參考板、透射測量模塊、反射測量模塊和計算模塊；

所述透射測量模塊用于對所述參考板進行太赫茲波透射測量；所述反射測量模塊用于分別獲取所述參考板和待測材料板在同一設定入射角度下反射的太赫茲波能量；所述計算模塊用于根據所述透射測量模塊的測量結果獲得所述參考板的折射率和消光系數并計算所述參考板在設定入射角度下反射的反射率，結合所述參考板和所述待測材料板反射的太赫茲波能量，計算所述待測材料板的反射率和相移，解算待測材料板的介電參數。

優選地，所述反射測量模塊包括氣室、基板、弓型軌道、太赫茲發射模塊、太赫茲接收模塊和樣品支架；