[發明專利]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

• 申請號: 202010772379.3
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111766219A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 陸亞林;代廣斌;王建林;黃秋萍;傅正平
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

本發明公開了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，在所述裝置中，光纖飛秒激光器通過THz發射器尾纖與THz發射器連接，通過光纖跳線與延時線入口光纖法蘭耦合器相連接；延時線出口光纖法蘭耦合器與THz接收器通過THz接收器尾纖相連接；高速數據采集卡通過數據導線分別與光尺控制器、控制電腦和THz接收器相連接；光尺控制器是用于對光尺進行傳感控制和位置顯示的控制機；高速數據采集卡采用高速多路同步采集數據卡，用于對THz接收器的輸出信號進行采集，同時對光尺控制器的輸出信號進行采集。該裝置具有快速有效、靈活度高、技術實現難度低且工作性能優異等特點，能夠大幅度提高THz光譜儀的性能指標。

技術領域

本發明涉及太赫茲儀器技術領域，尤其涉及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。

背景技術

傳統的太赫茲(THz)光譜儀由于受到限制因素制約，其最佳采樣掃描速率很低，通常需要十幾甚至幾十分鐘才能完成一個THz脈沖周期的采樣，嚴重影響了測試的效率和時效性，限制了其在某些領域的應用前景。傳統技術主要受到兩方面的技術影響，造成了其效率偏低：第一個方面是機械結構的制約，THz時域光譜儀都是基于錯步采樣技術來進行THz脈沖的時域等效再現的，而完成錯步采樣就需要將泵浦和探測兩束激光脈沖分隔開來，傳統儀器中都是使用機械步進電機或直流平移臺完成這個工作的，由于電機每走一步都要進行減速加速過程，造成了采樣點之間等待間隔過長，進而拉長了總體的采樣時間；第二方面是鎖相放大器積分時間的制約，由于THz信號信噪比不高，傳統技術使用調制解調結合鎖相放大技術來提高信號的動態范圍，雖然取得了不錯的效果，但是由于采樣點數過多，造成了累計積分時間過長，影響了鎖相放大器的數據輸出效率，也在一定程度上降低了系統的工作效率。

近些年來，現有技術方案中還采用了多相步進電機相位信號作為傳感反饋采樣信號，雖然提高了采樣速度，但是由于步進電機本身的結構問題，時常會有超速、超扭矩及失步現象發生，這嚴重影響了對應時間軸的信號采樣的準確性。雖然編碼器能夠收到信號做一定的調整，但是控制機制太過復雜，且誤差并不能完全消除，隨時間的累積也會慢慢變大，因此如何進行低成本且可操作性強的快速THz時域信號探測一直是一項關鍵技術，這個瓶頸嚴重阻礙了該儀器的市場推廣進程。

發明內容

本發明的目的是提供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，該裝置具有快速有效、靈活度高、技術實現難度低且工作性能優異等特點，能夠大幅度提高THz光譜儀的性能指標。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于光尺傳感的高信噪比太赫茲裝置，所述裝置包括光纖飛秒激光器、THz發射器尾纖、THz發射器、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、振動子末端定位標尺、光尺、振動子始端定位標尺、光回返器、振動子、延時線屏蔽殼、光尺控制器、高速數據采集卡、控制電腦，其中：

所述光纖飛秒激光器通過所述THz發射器尾纖與所述THz發射器連接，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；

所述高速數據采集卡通過數據導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構上；

所述振動子末端定位標尺和所述振動子始端定位標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；