[發(fā)明專利]一種基于光尺傳感的高信噪比太赫茲裝置及信號的采樣方法

在審

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• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111766219A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陸亞林;代廣斌;王建林;黃秋萍;傅正平
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586
• 代理公司: 北京凱特來知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

1.一種基于光尺傳感的高信噪比太赫茲裝置，其特征在于，所述裝置包括光纖飛秒激光器、THz發(fā)射器尾纖、THz發(fā)射器、THz接收器、THz接收器尾纖、光纖跳線、延時線入口光纖法蘭耦合器、延時線出口光纖法蘭耦合器、振動子末端定位標(biāo)尺、光尺、振動子始端定位標(biāo)尺、光回返器、振動子、延時線屏蔽殼、光尺控制器、高速數(shù)據(jù)采集卡、控制電腦，其中：

所述光纖飛秒激光器通過所述THz發(fā)射器尾纖與所述THz發(fā)射器連接，通過所述光纖跳線與所述延時線入口光纖法蘭耦合器相連接；

所述延時線出口光纖法蘭耦合器與所述THz接收器通過所述THz接收器尾纖相連接；

所述高速數(shù)據(jù)采集卡通過數(shù)據(jù)導(dǎo)線分別與所述光尺控制器、控制電腦和THz接收器相連接；

所述光回返器通過螺栓緊固件固定在所述振動子的振動結(jié)構(gòu)上；

所述振動子末端定位標(biāo)尺和所述振動子始端定位標(biāo)尺是與所述光尺配套的卡位裝置，分別位于振動振幅的最大和初始位置，用于指示所述光尺進行限位移動；

所述光尺是基于光學(xué)干涉條紋原理的位置傳感器，能以納米級分辨率分辨出移動物體移動的位移變化；

所述光回返器由兩面相互垂直的反射鏡組成，用來將進入延時線的光以90度角反射回去，并通過所述延時線出口光纖法蘭耦合器耦合到光纖中；

所述振動子能在10cm振幅下進行高頻振動，并在控制源下進行振幅、頻率皆可控的往復(fù)振動；

所述延時線屏蔽殼是延時線的封裝結(jié)構(gòu)；

所述光尺控制器是用于對所述光尺進行傳感控制和位置顯示的控制機，能輸出光尺傳感的實時顯示數(shù)據(jù)；

所述高速數(shù)據(jù)采集卡采用高速多路同步采集數(shù)據(jù)卡，用于對所述THz接收器的輸出信號進行采集，同時對所述光尺控制器的輸出信號進行采集；

所述控制電腦是終端計算機，作為數(shù)據(jù)最終處理的上位機。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光尺傳感的高信噪比太赫茲裝置，其特征在于，

所述光纖飛秒激光器是工作在1550nm的光纖飛秒激光器，能提供頻率幾十MHz，脈寬小于100fs的脈沖串。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光尺傳感的高信噪比太赫茲裝置，其特征在于，

所述THz發(fā)射器尾纖和THz接收器尾纖均采用保偏光纖，是提前定制好的長度，脈寬損失已經(jīng)補償。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光尺傳感的高信噪比太赫茲裝置，其特征在于，

所述THz發(fā)射器和THz接收器是以InGaAs材料為基底制作的THz發(fā)射和接收天線。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光尺傳感的高信噪比太赫茲裝置，其特征在于，

所述光纖跳線采用保偏光纖，其長度根據(jù)泵浦和探測光路的光程差決定。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光尺傳感的高信噪比太赫茲裝置，其特征在于，

所述延時線屏蔽殼采用鍍防氧化膜的金屬鋁作為屏蔽材料。

7.一種基于權(quán)利要求1-6所述裝置的信號采樣方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1、依次開啟裝置的光尺、振動子、光尺控制器、高速數(shù)據(jù)采集卡、控制電腦、光纖飛秒激光器的電源以及THz發(fā)射器的偏置電源；

步驟2、設(shè)置好所述振動子的振幅以及采集卡采樣率，并根據(jù)所述振動子的振幅調(diào)整好振動子末端定位標(biāo)尺和振動子始端定位標(biāo)尺的對應(yīng)位置；

步驟3、通過所述光尺控制器設(shè)置所述光尺的傳感步長，使之記錄所述振動子的振動情況，并每隔一個步長就記錄下對應(yīng)的光脈沖信號；

步驟4、開啟所述振動子的信號驅(qū)動開關(guān)，并設(shè)置取樣積分的數(shù)據(jù)量大小以及信號采集的工作模式，進行信號采集；

步驟5、根據(jù)采集信號的波形質(zhì)量調(diào)整取樣積分的數(shù)據(jù)量及采集卡采樣率，使所采集信號的信噪比達到最佳狀態(tài)，并記錄下對應(yīng)的參數(shù)設(shè)置；

步驟6、將待測樣品放置到THz發(fā)射器與THz接收器之間，并調(diào)整好光束質(zhì)量后進行測試，并由控制電腦記錄對應(yīng)的THz光譜數(shù)據(jù)；

步驟7、根據(jù)所記錄的THz光譜數(shù)據(jù)反演出所述待測樣品的信息。