[發明專利]一種太赫茲波段物質介電特性測量系統及方法

在審

• 申請號: 202211682743.2
• 申請日: 2022-12-27
• 公開（公告）號: CN116026782A
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 賀奕焮;姚睿;許敏達;張麗琴;魏宇飛
• 申請（專利權）人: 北京電子工程總體研究所
• 主分類號: G01N21/3581
• 分類號: G01N21/3581;G01N21/41
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 葛鵬

本發明公開了太赫茲波段物質介電特性測量系統及方法。涉及太赫茲波段物質探測技術領域。包括激光倍頻單元、光學參量振蕩器、超寬帶太赫茲差頻產生晶體、透射式測試平臺、太赫茲強度探測裝置和光譜數據采集處理裝置。激光倍頻單元用于出射具有預設波長的激光。光學參量振蕩器可控的輸出雙波長差頻泵浦光。超寬帶太赫茲差頻產生晶體輸出差頻太赫茲波。透射式平臺用于承載具有不同預設厚度Li的測試樣品。光譜數據采集處理裝置內配置有測試樣品的光譜強度確定模型、介電特性實部確定模型、介電特性虛部確定模型以及介電特性確定模型。光譜數據采集處理裝置分別與太赫茲強度探測裝置以及光學參量振蕩器電連接。

技術領域

本發明涉及太赫茲波段物質探測技術領域，尤其涉及一種太赫茲波段物質介電特性測量系統及方法。

背景技術

太赫茲波(THz波)段在電磁波譜中處于微波與光學波段之間，處于電子學與光學波段交界，具有對水敏感、大分子振轉能級指紋特征譜、低光子能量、極性物質高透等特性。基于以上特性，THz波在物質鑒定、醫療診斷、無損探傷等領域具有重要應用前景。但是長期以來受限于有限產生THz波手段的限制，有關物質在整個THz波段的特性研究十分有限，物質在THz波段的光譜特性處于空白狀態。當前主要采用THz時域光譜系統(THz-TDS)以及遠紅外傅里葉光譜儀(FT-IR)獲取物質太赫茲波段的介電特性，介電特性包括折射率與吸收系數。THz-TDS受限于發射天線的材料特性限制，有效光譜范圍一般為0.5-2.5THz，可表征的物質光譜特性信息有限。FT-IR具有更寬的有效光譜范圍，但是一般整機系統尺寸較大，結構較為復雜，需要采用液氦制冷探測器進行測量，使用成本較高且光譜測量時間較長。采用ns脈沖泵浦，基于新型有機晶體通過非線性光學過程可實現0.1-20THz范圍內的超寬帶可調諧準單色偏振THz波輸出，進而實現對物質THz光譜信息的非相干直接測量，該類型系統可稱為THz頻域光譜系統(THz-FDS)。該方式具有過程簡單、室溫運轉、有效光譜范圍寬、低成本等優勢，但是直接利用非相干測量技術只能獲取物質光譜的強度信息，難以分別獲得物質折射率與吸收系數等物質的介電特性。

目前尚無針對采用非相干直接測量技術的超寬帶可調諧透射式THz-FDS系統的物質超寬帶THz波段介電特性測量方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種太赫茲波段物質介電特性測量系統及方法，填補了采用非相干直接測量技術的超寬帶可協調透射式THz-FDS系統的物質超寬帶THz波段介電特性測量的空白。

第一方面，為了實現上述目的，本發明提供了一種太赫茲波段物質介電特性的測量系統，包括激光倍頻單元、光學參量振蕩器、超寬帶太赫茲差頻產生晶體、透射式測試平臺、太赫茲強度探測裝置和光譜數據采集處理裝置。激光倍頻單元用于出射具有預設波長的激光。光學參量振蕩器選擇具有預設波長的激光，且可控的輸出雙波長差頻泵浦光。超寬帶太赫茲差頻產生晶體在接收到雙波長差頻泵浦光的情況下，用于輸出差頻太赫茲波。透射式平臺用于承載具有不同預設厚度Li的多個測試樣品，其中，i為測試樣品的個數，1≤i≤N；差頻太赫茲波透過測試樣品后出射。在測試樣品承載于透射式測試平臺上的情況下，太赫茲強度探測裝置用于測量從測試樣品出射后差頻太赫茲波的光譜強度，定義為透射光譜強度；在透射式測試平臺未承載測試樣品的情況下，太赫茲強度探測裝置還用于測量從透射式測試平臺出射后差頻太赫茲波的光譜強度，定義為背景光譜強度。光譜數據采集處理裝置內配置有測試樣品的光譜強度確定模型、介電特性實部確定模型、介電特性虛部確定模型以及介電特性確定模型；其中，光譜強度確定模型配置有透射光譜強度、背景光譜強度以及測試樣品的預設厚度Li。光譜數據采集處理裝置分別與太赫茲強度探測裝置以及光學參量振蕩器電連接。光譜數據采集處理裝置用于采集由太赫茲強度探測裝置獲取透射光譜強度和背景光譜強度；光譜數據采集處理裝置還用于控制光學參量振蕩器，以調整雙波長差頻泵浦光的輸出。

在實際應用中，可以預先制作具有預設厚度Li的多個測試樣品，測試樣品按照厚度由小到大可以被標記為L1、L2、L3、L4……，可以將測試樣品的測試厚度Li配置到光譜強度確定模型。