[實用新型]太赫茲頻譜校準系統

有效

• 申請號: 201821653179.0
• 申請日: 2018-10-12
• 公開（公告）號: CN208860738U
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 張景;蔡禾;李糧生;孫金海;殷紅成;肖志河
• 申請（專利權）人: 北京環境特性研究所
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586
• 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

本實用新型涉及一種太赫茲頻譜校準系統，包括激光光源、太赫茲波產生單元、探測單元、太赫茲光路、準直光路、透射反射片、分光元件和標準量具，該系統利用太赫茲波在標準量具內多次反射形成的周期性的標準量具振蕩，對太赫茲時域光譜進行頻率校準，并且，該系統通過引入準直光路，利用同源的準直光實現太赫茲波光路間接校準，使得太赫茲波與標準量具垂直，減小由非垂直入射引起的頻譜誤差，有效提高系統的準確性和可靠性。

技術領域

本實用新型涉及太赫茲技術領域，尤其涉及一種太赫茲頻譜校準系統。

背景技術

太赫茲波通常是指波長從30微米到3毫米，頻率從0.1到10太赫茲的電磁波。太赫茲波介于紅外線和毫米波之間，且頻譜范圍相當寬。因為太赫茲波處于光子學與電子學的過渡區域，所以它能夠提供可見光或者微波等傳統檢測方式不能提供的信息，因此它在物理學、化學和生物醫學等領域有著重大的應用前景。

在太赫茲波研究領域，太赫茲時域光譜技術是一項相當重要且用途廣泛的技術。這項技術的原理是，首先將太赫茲脈沖和取樣探測脈沖在探測器中混合，然后通過延遲線改變太赫茲脈沖和探測脈沖之間的時間差，這個時間差能引起第三方參量的變化——如太赫茲脈沖感生雙折射、太赫茲脈沖感生電流或者太赫茲脈沖感生二次諧波，探測這些第三方參量就可以探測出太赫茲脈沖波形，然后通過對太赫茲脈沖波形作傅里葉變換，就能得到太赫茲波的頻譜信息。太赫茲時域光譜技術不僅能夠提供太赫茲脈沖的飛秒量級的時間分辨波形，還可以提供相應的頻域相位分布，測量得到物質的復折射率，為探索太赫茲脈沖和物質相互作用提供了更多的信息。太赫茲脈沖能夠引起眾多物理、化學和生物物質的旋轉共振和振動共振，所以它們在太赫茲波段都具有特征吸收譜，通過這些特征吸收譜，可以判斷物質的種類。

然而，太赫茲時域光譜通常受頻率誤差的影響。頻率誤差來源于時域波形的畸變，形成因素包括：延遲線位置誤差、太赫茲或者探測脈沖的啁啾以及空間光變形導致的太赫茲泵浦脈沖和可見光探測脈沖光重合偏焦。畸變的時域波形通過傅里葉變換之后，這些因素對頻率的影響往往會被放大，且導致的頻率誤差難以定量衡量。

目前，可通過水吸收線來衡量太赫茲頻譜誤差，但是，盡管水蒸氣在太赫茲波段有幾條已知窄吸收線，它們的相對振幅隨著環境變化很大，如壓力和濕度，這使其很難作為定量衡量標準。另一方面，很多線有雙峰或者三峰，因此需要系統有很高分辨率才能分辨出峰值和線形。在2THz以上的水線非常密集，且太赫茲時域光譜在此頻段的信噪比和動態范圍急劇惡化，使得通過密集的水吸收峰來對頻譜定標更具挑戰性。也可用其他氣體作為太赫茲頻譜的衡量標準，如一氧化碳(CO)氣體。一氧化碳在0.2-3THz之間有強烈的吸收線，吸收線間隔為114GHz，其頻譜值已被詳盡的研究和記錄。HF、HCl和N₂O也可以作為校準頻譜的標準，但是氣體作為校準材料，存在不宜保存且頻譜分辨率不可調的問題，仍然不是理想的頻譜校準方法。

實用新型內容

(一)要解決的技術問題

本實用新型要解決的技術問題是解決目前進行太赫茲頻譜校準時，誤差容易受到環境干擾，可靠范圍較窄，或作為衡量標準的物質不宜保存，譜線分辨率不可調的問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種太赫茲頻譜校準系統，包括：激光光源、太赫茲波產生單元、探測單元、太赫茲光路、準直光路、透射反射片、分光元件和標準量具；

所述激光光源用于產生同源的泵浦光束和探測光束；所述太赫茲波產生單元用于接收泵浦光束以產生同源太赫茲波；所述太赫茲光路用于傳輸太赫茲波，使太赫茲波以45°角入射所述透射反射片并反射后，在所述探測單元聚焦；所述標準量具為固體平板；

所述分光元件用于將探測光束分為兩路，使一路作為探測光以45°角入射所述透射反射片并透射后，在所述探測單元聚焦；另一路則作為準直光通過所述準直光路，在所述透射反射片處透射后，反向輸入所述太赫茲光路。