[發(fā)明專利]一種實(shí)現(xiàn)手持式太赫茲反射光譜探測的緊湊型探測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911195111.1
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN111024622B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹恩達(dá);于勇;趙一鳴;宋長波
• 申請（專利權(quán)）人: 北京遙測技術(shù)研究所;航天長征火箭技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

1.一種實(shí)現(xiàn)手持式太赫茲反射光譜探測的緊湊型探測系統(tǒng)，其特征在于：包括飛秒激光器、光纖及耦合器、THz發(fā)射器、光學(xué)延遲線、THz接收器、放大器、計(jì)算機(jī)、準(zhǔn)直鏡組、縮束鏡組、THz折轉(zhuǎn)光路、THz窗口和3D打印的探測頭結(jié)構(gòu)；飛秒激光器發(fā)射激光脈沖經(jīng)分束后，一路激光通過光纖及耦合器泵浦THz發(fā)射器的晶體，激發(fā)太赫茲波，另一路激光通過計(jì)算機(jī)控制的光學(xué)延遲線調(diào)整激光相位，經(jīng)光纖及耦合器泵浦THz接收器光敏面的晶體，激發(fā)自由載流子；THz發(fā)射器激發(fā)的太赫茲波經(jīng)準(zhǔn)直鏡組，整形為均勻的平行光，然后經(jīng)THz折轉(zhuǎn)光路從THz窗口出射，照射探測目標(biāo)表面，探測目標(biāo)反射的太赫茲波經(jīng)THz窗口和THz折轉(zhuǎn)光路入射到縮束鏡組，經(jīng)縮束整形后均勻的聚焦到THz接收器光敏面，并調(diào)制載流子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電信號，經(jīng)放大器放大后輸入到計(jì)算機(jī)并重建太赫茲光譜；最后通過3D打印的探測頭結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)太赫茲探測頭光學(xué)子系統(tǒng)的一體成型和輕量化設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)探測系統(tǒng)干燥密封設(shè)計(jì)；

所述光學(xué)延遲線由兩次全反射棱鏡、電機(jī)和滑軌組成，飛秒激光通過光學(xué)延遲線的兩次全反射棱鏡的全反射耦合到光纖中，通過計(jì)算機(jī)控制電機(jī)，使兩次全反射棱鏡在滑軌上進(jìn)行周期位移，實(shí)現(xiàn)激光器與光纖耦合器間的光程周期變化，調(diào)制太赫茲探測器子系統(tǒng)中飛秒激光的相位，實(shí)現(xiàn)對探測太赫茲光譜的電場采樣；同時(shí)通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)控飛秒激光相位調(diào)制速率，控制系統(tǒng)的光譜采樣頻率。

2.根據(jù)專利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)手持式太赫茲反射光譜探測的緊湊型探測系統(tǒng)，其特征在于：所述THz源采用光電導(dǎo)效應(yīng)由鎖模飛秒光纖激光器泵浦InGaAs晶體激發(fā)帶寬達(dá)5.5THz的寬波段太赫茲波，所激發(fā)的太赫茲波能量最大值為20μw，單次帶寬掃描時(shí)間最短為0.02s。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)手持式太赫茲反射光譜探測的緊湊型探測系統(tǒng)，其特征在于：所述THz探測器通過同一飛秒激光器泵浦調(diào)制，實(shí)現(xiàn)單次帶寬掃描時(shí)間與THz源同步，采用光電導(dǎo)采樣原理在THz波聚焦的低溫生長LT-InGaAs晶體上采樣太赫茲電場，通過放大器對該采樣信號放大，實(shí)現(xiàn)探測器的動(dòng)態(tài)范圍≥90dB，對應(yīng)的探測光譜帶寬達(dá)到5.5THz。

4.根據(jù)專利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)手持式太赫茲反射光譜探測的緊湊型探測系統(tǒng)，其特征在于：所述準(zhǔn)直鏡組由兩片1英寸口徑的TPX材料平凸透鏡凸面相對放置間隔35mm組成，所述縮束鏡組由一片1.5英寸和一片1英寸口徑TPX材料透鏡平凸透鏡凸面相對放置間隔27mm組成；所述THz折轉(zhuǎn)光路由兩片1.5英寸口徑太赫茲級鍍金反射鏡組成；轉(zhuǎn)折準(zhǔn)直鏡組太赫茲波的反射鏡為A反射鏡，轉(zhuǎn)折縮束鏡組太赫茲波的反射鏡為B反射鏡；所述太赫茲窗口由2英寸口徑的太赫茲級z-cut石英晶體制成。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種實(shí)現(xiàn)手持式太赫茲反射光譜探測的緊湊型探測系統(tǒng)，其特征在于：所述準(zhǔn)直鏡組與THz發(fā)射器共同構(gòu)成的發(fā)射光路和縮束鏡組與THz接收器共同構(gòu)成的接收光路的光軸平行放置，收發(fā)光路的光軸相對3D打印的探測頭結(jié)構(gòu)基底采用非等高設(shè)置；A、B兩反射鏡相對3D打印的探測頭結(jié)構(gòu)基底在水平方向相對旋轉(zhuǎn)15°，實(shí)現(xiàn)最大程度壓縮收發(fā)光路間的距離并保證THz折轉(zhuǎn)光路內(nèi)兩反射鏡間無位置干涉；A反射鏡相對準(zhǔn)直鏡組光軸向3D打印的探測頭結(jié)構(gòu)基底方向旋轉(zhuǎn)45°，實(shí)現(xiàn)太赫茲波無遮擋的從THz窗口出射；B反射鏡相對縮束鏡組光軸向3D打印的探測頭結(jié)構(gòu)基底方向旋轉(zhuǎn)42°，并與A反射鏡非對稱放置，使漫反射的探測目標(biāo)反射太赫茲波平行入射到縮束鏡組中，實(shí)現(xiàn)在THz窗口收發(fā)同置。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)手持式太赫茲反射光譜探測的緊湊型探測系統(tǒng)，其特征在于：3D打印的探測頭結(jié)構(gòu)采用光敏樹脂高精度3D打印，實(shí)現(xiàn)太赫茲探測頭光學(xué)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一體化成型；在該3D打印的探測頭結(jié)構(gòu)的THz發(fā)射器及接收器的工裝結(jié)構(gòu)下同時(shí)設(shè)計(jì)了中空的多孔結(jié)構(gòu)，并放置干燥劑，實(shí)現(xiàn)太赫茲探測頭光學(xué)子系統(tǒng)的無水氣設(shè)計(jì)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)手持式太赫茲反射光譜探測的緊湊型探測系統(tǒng)，其特征在于：所述3D打印的探測頭結(jié)構(gòu)外殼采用尼龍材料將該外殼分兩部分進(jìn)行3D打印，在實(shí)現(xiàn)保護(hù)準(zhǔn)直和縮束鏡組及THz折轉(zhuǎn)光路和THz窗口功能的外殼部分；同時(shí)設(shè)計(jì)密封槽結(jié)構(gòu)，并放置密封膠圈，實(shí)現(xiàn)太赫茲探測頭光學(xué)子系統(tǒng)的氣密設(shè)計(jì)；在作拿持功能的外殼把手部分，設(shè)計(jì)對接氣密結(jié)構(gòu)，使太赫茲探測頭光學(xué)子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線及光纖的連接線實(shí)現(xiàn)密封膠管保護(hù)，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)與太赫茲探測頭光學(xué)子系統(tǒng)的連接線部分的氣密設(shè)計(jì)。