[發明專利]一種太赫茲時域光譜儀

在審

• 申請號: 202011167328.4
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112326588A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 張建新;李亞飛;張殿坤
• 申請（專利權）人: 歐必翼太赫茲科技（北京）有限公司
• 主分類號: G01N21/3581
• 分類號: G01N21/3581;G01N21/01
• 代理公司: 北京中和立達知識產權代理事務所(普通合伙) 11756
• 代理人: 楊磊

本發明涉及光譜技術領域，特別是利用太赫茲脈沖進行探測識別樣品，具體地提供一種太赫茲時域光譜儀。該太赫茲時域光譜儀包括飛秒激光器、分束器、快速光學掃描延遲裝置、光電導天線太赫茲發射器、光電導天線太赫茲探測器、鎖相放大器、數據處理模塊和反射鏡組件；光電導天線太赫茲發射器位于分束器和反射鏡組件之間，反射鏡組件包括拋物面反射鏡組和橢球面反射鏡組，光電導天線太赫茲探測器位于反射鏡組件和鎖相放大器之間。本發明能夠用于測量待測樣品的反射光譜或透射光譜，具有入射角度小、反射率高、衰減小、無像差、結構簡單緊湊等優點；而且可根據待測樣品的屬性靈活切換測量透射光譜和測量反射光譜的測量模式。

技術領域：

本發明涉及光譜技術領域，特別是利用太赫茲脈沖進行探測識別樣品，具體地提供一種太赫茲時域光譜儀。

背景技術：

太赫茲時域光譜技術，就是利用太赫茲脈沖與物質發生作用，并探測由此產生的太赫茲(THz)電場強度隨時間的變化曲線，經過數據處理，以得到樣品的復折射率、介電常數和電導率等信息。根據樣品屬性的不同，得到的太赫茲電場強度分布也會有所不同，經過數據處理得到的結果也會變化，通過分析以上電化學信息，可識別不同的物品。傳統的太赫茲時域光譜儀的探測模式主要分為兩類：一類是透射測量模式，另一類是反射測量模式；以上兩種模式有單獨設計的，也有同時存在的。

浙江大學張興寧等人發表的論文《太赫茲時域光譜技術》，文中采用離軸拋物面反射鏡準直聚焦的模式采集樣品的反射光譜；在此論文中，發射的太赫茲波經第一拋物面反射鏡準直后，經第二拋物面反射鏡聚焦，為實現對樣品反射光譜的采集在第二拋物面反射鏡的后面加入了平面反射鏡，以此將太赫茲波匯聚到樣品；然而，采用這種方式不僅僅增加了光路的體積，還提高了太赫茲波反射的次數，使太赫茲波的能量衰減的更多。

在反射測量模式中，太赫茲脈沖入射角θ通過1/cos2θ影響測試的折射系數，測量誤差與頻率成線性關系，當折射系數較高時，則誤差更大。在垂直入射和反射時計算出的透射率和反射率才是更為可靠的，因此在反射測量模式時入射角θ越小越好。但是，由于透鏡尺寸及支撐件尺寸的干擾，入射角θ也不可能做到很小，例如專利CN108254336A公開了一種太赫茲光譜儀，該太赫茲光譜儀包括色散補償系統、光分束器、光纖拉伸系統、檢測系統和數據處理系統，所述檢測系統包括用于產生太赫茲波的光電導發射天線、用于接收太赫茲波的光電導接收天線和用于對太赫茲波進行聚焦的光學組件，所述光學組件包括四個透鏡，其中第一透鏡組包括兩個透鏡，第二透鏡組包括另外兩個透鏡，如此會影響折射率等相關參數的測量計算，導致測量誤差變大。

在專利CN108254336A中，所述光學組件的四個透鏡為聚烯烴透鏡，聚烯烴透鏡可以是非球面鏡或球面鏡，用于對太赫茲波進行準直聚焦；由于太赫茲波強度相對較弱，那么對于調制太赫茲波的材料就提出了更高的要求，例如高密度聚乙烯(HDPE)、聚四氟乙烯(PTFE)等對太赫茲波段有著高透過率，同時吸收率卻高達4％/mm左右，因此在實際光學設計中，透鏡厚度是必須要考慮的因素之一，同時原則上還要考慮其結構和機械強度的問題，如果透鏡的光焦度為正，一般其中心厚度不小于3mm；而光焦度為負時，其中心厚度不小于透鏡口徑的1/10～1/15，以防止厚度過薄導致在安裝加固時發生形變，影響成像效果；同時，透鏡厚度本身也是光學結構參數，是優化透鏡焦距矯正光學系統像差的變量。