[發(fā)明專利]一種太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)及其步長(zhǎng)自適應(yīng)調(diào)整方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110337775.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113074813B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱新勇;初文怡;劉虎;張朝惠;劉永利;王博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島青源峰達(dá)太赫茲科技有限公司
• 主分類號(hào): G01J3/12
• 分類號(hào): G01J3/12;G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所(普通合伙) 37104
• 代理人: 付麗麗

本發(fā)明公開(kāi)了一種太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)步長(zhǎng)自適應(yīng)調(diào)整方法，包括以下步驟：(1)從初始延遲值ds開(kāi)始，控制光纖延遲線按照固定步長(zhǎng)開(kāi)始掃描；(2)識(shí)別得到的太赫茲光譜時(shí)域波形，判斷(或預(yù)測(cè))其是否屬于特征峰值數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)，若是，則將下一步步長(zhǎng)設(shè)為較小步長(zhǎng)，反之，則將下一步步長(zhǎng)設(shè)為較大步長(zhǎng)。其采用了自適應(yīng)可變步長(zhǎng)方法，在保證特征數(shù)據(jù)采集精度的同時(shí)明顯縮短掃描時(shí)間，從而提升檢測(cè)效率。同時(shí)公開(kāi)了一種基于任務(wù)計(jì)算機(jī)的太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)，解除光譜測(cè)量過(guò)程中對(duì)外部計(jì)算機(jī)的依賴，減小了對(duì)計(jì)算機(jī)計(jì)算性能的要求，同時(shí)增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于太赫茲光譜和成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)步長(zhǎng)自適應(yīng)調(diào)整方法。

背景技術(shù)：

如圖1所示，太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)包括飛秒激光器1、光纖延遲線2、光電導(dǎo)發(fā)射天線3、偏壓源4、光電導(dǎo)接收天線5、鎖相放大器6和計(jì)算機(jī)(上位機(jī))7，首先飛秒激光器1產(chǎn)生飛秒激光1分成分束，一束為泵浦光，另一束為探測(cè)光，在偏壓源4的作用下，泵浦光照射到THZ光電導(dǎo)發(fā)射天線3上時(shí)形成光生自由載流子，當(dāng)太赫茲脈沖和探測(cè)光同時(shí)照射到THZ光電導(dǎo)接收天線5的電極間隙時(shí)，飛秒激光在該區(qū)域產(chǎn)生瞬時(shí)光生自由載流子，在太赫茲電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下形成電流，太赫茲電場(chǎng)形成的電流作為信號(hào)輸入傳輸鎖相放大模塊6，通過(guò)鎖相放大將微弱的電流信號(hào)分離出來(lái)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)；光纖延遲線2逐步運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生一系列遞增的光程差，隨著光纖延遲線的逐步運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲脈沖信號(hào)的逐點(diǎn)采樣，從而得到太赫茲時(shí)域光譜波形。現(xiàn)有太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量過(guò)程中，需要通過(guò)改變延遲線的延遲量進(jìn)行波形掃描才能得到樣品的時(shí)域光譜波形，具體為：

(1)控制光纖延遲線按照步進(jìn)量dt進(jìn)行移動(dòng)，使探測(cè)光產(chǎn)生一系列遞增的光程差；

(2)同時(shí)控制鎖相放大器對(duì)每次步進(jìn)的光電導(dǎo)接收天線輸電信號(hào)進(jìn)行采樣；

(3)以光纖延遲線的位置為橫坐標(biāo)，鎖相放大器采集到的信號(hào)幅度為縱坐標(biāo)，得到太赫茲光譜時(shí)域波形。

現(xiàn)有技術(shù)從初始延遲量到結(jié)束延遲量之間采用固定步長(zhǎng)的方法進(jìn)行掃描，步長(zhǎng)越小測(cè)量精度越高，但采集速度較慢，反之提高掃描速度就會(huì)必然的增大步長(zhǎng)，而降低精度。例如，針對(duì)0-560ps掃描范圍的延遲線，以0.02ps步長(zhǎng)進(jìn)行全程掃描，需要進(jìn)行560/0.02＝28000次的移動(dòng)和數(shù)據(jù)采集，所需的時(shí)間約8400s。常見(jiàn)物質(zhì)的特征峰值寬度僅不足1ps，若強(qiáng)行加大步長(zhǎng)，那么采集的點(diǎn)數(shù)和時(shí)間消耗固然會(huì)降低，但對(duì)特征峰值部分的掃描數(shù)據(jù)量就太少，無(wú)法準(zhǔn)確的呈現(xiàn)其時(shí)域光譜特征。

另外，現(xiàn)有太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)使用過(guò)程中，是利用外部計(jì)算機(jī)7作為主控單元，分別對(duì)光纖延遲線2、鎖相放大器6和調(diào)制偏壓4等模塊進(jìn)行控制，調(diào)制偏壓的開(kāi)啟/關(guān)閉，延遲線的移動(dòng)/停止，延遲線的位置獲取以及當(dāng)前的鎖相放大器數(shù)據(jù)采集，同時(shí)外接計(jì)算機(jī)7還需將數(shù)據(jù)按照延遲線位置和鎖相放大器采集數(shù)值逐一對(duì)應(yīng)，擬合出物質(zhì)的光譜曲線，并將曲線進(jìn)行一系列較為復(fù)雜的運(yùn)算，計(jì)算出物質(zhì)的頻域譜線、吸收光譜、反射光譜等供用戶參考。整個(gè)系統(tǒng)對(duì)外接計(jì)算機(jī)7的依賴極強(qiáng)，在沒(méi)有外接計(jì)算機(jī)進(jìn)行流程控制時(shí)甚至不能工作，同時(shí)因?yàn)樾枰^復(fù)雜的計(jì)算，也對(duì)外界計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力有一定要求。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的一在于提供一種光纖延遲線步長(zhǎng)自適應(yīng)調(diào)整方法，目的二在于提供一種基于任務(wù)計(jì)算機(jī)的高精度太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)步長(zhǎng)自適應(yīng)調(diào)整方法，具體包括以下步驟：

(1)從初始延遲值ds開(kāi)始，控制光纖延遲線按照固定步長(zhǎng)開(kāi)始掃描；

(2)識(shí)別得到的太赫茲光譜時(shí)域波形，判斷(或預(yù)測(cè))其是否屬于特征峰值數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)，若是，則將下一步步長(zhǎng)設(shè)為較小步長(zhǎng)，反之，則將下一步步長(zhǎng)設(shè)為較大步長(zhǎng)。

作為一種具體實(shí)現(xiàn)方式，所述太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)光纖延遲線步長(zhǎng)自適應(yīng)調(diào)整方法，包括以下步驟：