[發(fā)明專利]一種基于編碼器的太赫茲時(shí)域譜高速掃描裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210651330.1
• 申請(qǐng)日: 2022-06-10
• 公開（公告）號(hào): CN114993469A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建林;殷明;黃浩亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 路通尼克科技（無錫）有限公司
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種基于編碼器的太赫茲時(shí)域譜高速掃描裝置及方法，裝置具體包括以下組成部分：運(yùn)動(dòng)控制模塊、延遲線模塊、高壓模塊、放大模塊、高速采集模塊。該裝置利用編碼器產(chǎn)生的兩路或多路特定相位差的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)延遲線模塊運(yùn)動(dòng)方向的判斷、觸發(fā)太赫茲信號(hào)的高速采集和計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)太赫茲時(shí)域譜的高速掃描。同時(shí)，通過單次觸發(fā)采集多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法，可以在不增加采集時(shí)間的基礎(chǔ)上，提高太赫茲時(shí)域譜高速掃描時(shí)的信噪比。該太赫茲時(shí)域譜高速掃描裝置及方法，將克服傳統(tǒng)太赫茲時(shí)域譜機(jī)械光學(xué)延遲線一停一測(cè)的耗時(shí)弊端，在需要連續(xù)重復(fù)掃譜、遠(yuǎn)場(chǎng)成像和近場(chǎng)成像等近年來快速增長(zhǎng)的實(shí)際應(yīng)用情景下大大提高掃描效率、節(jié)省時(shí)間成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太赫茲光電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于編碼器的高速時(shí)域掃描、同步高速數(shù)據(jù)采集的太赫茲時(shí)域譜測(cè)試控制裝置及方法。

背景技術(shù)

太赫茲頻段一般是指頻率在0.1-10 THz范圍的電磁輻射，介于微波和遠(yuǎn)紅外之間。太赫茲頻段具有獨(dú)特的穿透性、低光子能量特性、指紋譜特性和高帶寬等特性，在無損檢測(cè)、安全檢查、成分檢測(cè)和通訊等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力和市場(chǎng)。太赫茲時(shí)域譜系統(tǒng)（THz-TDS）是一種常見的太赫茲光譜設(shè)備。通常由10-200 fs的近紅外飛秒光照射在半導(dǎo)體天線、晶體或自旋器件產(chǎn)生太赫茲輻射，利用光學(xué)延遲線掃描太赫茲信號(hào)的幅值得到太赫茲的時(shí)域譜，再由快速傅里葉變換（FFT）得到太赫茲的頻域譜。

傳統(tǒng)的太赫茲時(shí)域譜設(shè)備，都是通過機(jī)械光學(xué)延遲線，逐點(diǎn)掃描，獲得特定光學(xué)延遲條件下太赫茲脈沖信號(hào)的幅值，從而構(gòu)建一個(gè)完整的太赫茲時(shí)域信號(hào)。這個(gè)過程，速度比較慢，一般要耗時(shí)幾分鐘到幾十分鐘不等。然而，隨著對(duì)太赫茲遠(yuǎn)場(chǎng)成像和近場(chǎng)成像的應(yīng)用需求越來越大，在很多應(yīng)用場(chǎng)景下，比如對(duì)快遞郵件的危害品檢測(cè)、材料物性的高通量表征等，都需要在每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行全太赫茲頻譜的掃描，單次成像掃描的像素點(diǎn)成千上萬個(gè)，甚至更多。在這種需求下，原來單個(gè)譜掃描需要幾分鐘甚至幾十分鐘，要成像一個(gè)包含1萬個(gè)像素點(diǎn)的圖像，需要幾天甚至幾十天的時(shí)間，這顯然是不現(xiàn)實(shí)的。所以迫切需要發(fā)展能夠高速掃描太赫茲時(shí)域信號(hào)的裝置，將單個(gè)譜掃描需要的時(shí)間由幾分鐘甚至幾十分鐘大大縮短到幾秒甚至于幾十毫秒量級(jí)，這樣可以實(shí)現(xiàn)成像一個(gè)1萬像素點(diǎn)圖像的時(shí)間大大縮短到幾十分鐘甚至1分鐘以內(nèi)，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高速時(shí)域掃描、同時(shí)高速信號(hào)采集的太赫茲時(shí)域掃描裝置和方法，使太赫茲時(shí)域譜技術(shù)滿足遠(yuǎn)場(chǎng)成像和近場(chǎng)成像對(duì)縮短成像時(shí)間的迫切需求。

針對(duì)上述迫切的實(shí)際應(yīng)用需求，本發(fā)明提出了一種基于編碼器的太赫茲時(shí)域譜高速掃描裝置及方法，該高速掃描裝置具體包括運(yùn)動(dòng)控制模塊、延遲線模塊、高壓模塊、放大模塊和高速采集模塊。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

如附圖1所示，本發(fā)明中基于編碼器的太赫茲時(shí)域譜高速掃描裝置（100），其中飛秒激光經(jīng)過光學(xué)延遲線模塊（102）實(shí)現(xiàn)太赫茲脈沖和飛秒激光脈沖在時(shí)域上的相對(duì)提前或延遲；運(yùn)動(dòng)控制模塊（101）用于控制延遲線的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，如步進(jìn)馬達(dá)、直流電機(jī)等，同時(shí)通過限位傳感器，控制光學(xué)延遲線模塊中機(jī)械運(yùn)動(dòng)組件的零點(diǎn)和終點(diǎn)位置；高壓模塊（103）用于給光電導(dǎo)天線施加直流高壓或調(diào)制的方波高壓，對(duì)于晶體輻射源或自旋器件輻射源，可以不需要使用高壓模塊；放大模塊（104）直接連接光電導(dǎo)天線或光電探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大；高速采集模塊（105）一端連接延遲線模塊（102），另一端連接放大模塊（104），起到判斷延遲線正向和反向移動(dòng)、高速觸發(fā)采集太赫茲時(shí)域信號(hào)的作用。

進(jìn)一步的，所述運(yùn)動(dòng)控制模塊（101）為包含能夠使運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器正常加速、減速和勻速運(yùn)動(dòng)的電源組件、限位信號(hào)傳感組件、實(shí)時(shí)位置傳感組件、往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制程序等。

進(jìn)一步的，所述延遲線模塊（102），如附圖2所示，包含編碼器（201）及其信號(hào)線（202）、運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器（203）及其信號(hào)線（204）、延遲線機(jī)械部分組件（含限位器組件）（205）、進(jìn)光（208）及光進(jìn)組件（206）、出光（208）及光出組件（207）。