雙光路太赫茲時(shí)域光譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及光譜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙光路太赫茲時(shí)域光譜儀，。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲波通常是指頻率在0.1THz到1THz范圍內(nèi)的電磁波。隨著近十幾年來(lái)全世界范圍內(nèi)的大力發(fā)展，太赫茲源與檢測(cè)技術(shù)得到了突破性的進(jìn)展，太赫茲技術(shù)的應(yīng)用研究也迅速擴(kuò)展到了越來(lái)越多的領(lǐng)域。太赫茲光譜技術(shù)是太赫茲科學(xué)實(shí)用化的一種重要技術(shù)，這種技術(shù)具有很高的探測(cè)信噪比和較寬的探測(cè)帶寬，可廣泛用于物質(zhì)特性分析、生物醫(yī)學(xué)研究、安全檢測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域，具有非常實(shí)際的應(yīng)用前景。
[0003]現(xiàn)有的太赫茲時(shí)域光譜儀，只有一束太赫茲光路，如圖1，其基本原理為:飛秒激光束經(jīng)分束器分成兩束，一束用做栗浦，另一束用做探測(cè)。栗浦脈沖照射太赫茲發(fā)射器產(chǎn)生太赫茲脈沖，太赫茲脈沖經(jīng)過(guò)樣品后聚焦在探測(cè)器上。探測(cè)脈沖通過(guò)平移段提供相對(duì)時(shí)延后聚焦在探測(cè)器上，測(cè)量太赫茲脈沖的電磁場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，進(jìn)而得到樣品的信息。
[0004]在現(xiàn)有的一束太赫茲光路中每次只能選擇一種測(cè)量模式，要么進(jìn)行透射型測(cè)量，要么進(jìn)行反射型測(cè)量，不能同時(shí)進(jìn)行，因此單光譜測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，因此大部分只局限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的應(yīng)用。在現(xiàn)有的太赫茲時(shí)域光譜儀中，由于飛秒激光器的不穩(wěn)定性限制，需要經(jīng)常測(cè)量樣品架空載下的原始光譜，增加測(cè)量工作的重復(fù)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有的太赫茲時(shí)域光譜儀單束光路測(cè)量效率的不足，本發(fā)明提供了一種雙光路太赫茲時(shí)域光譜儀系統(tǒng)，在保持高探測(cè)帶寬和高頻譜分辨率的情況下，能提供雙光路測(cè)量，結(jié)構(gòu)緊湊，使用靈活。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明方案如下:
[0007]采用飛秒激光器作為激勵(lì)源，設(shè)置在飛秒激光器輸出端的分束器將一束激光分為兩束，用于兩路太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量;在每一路太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量中，用分束器再次將激光分為兩束，一束為栗浦光，另一束為探測(cè)光;栗浦光匯聚到基于光導(dǎo)天線的太赫茲發(fā)射器上，利用光導(dǎo)天線輻射產(chǎn)生太赫茲波;產(chǎn)生的太赫茲波經(jīng)過(guò)樣品后，聚焦于基于光導(dǎo)天線的太赫茲探測(cè)器上；探測(cè)光也同時(shí)聚焦到太赫茲探測(cè)器上，通過(guò)檢測(cè)光導(dǎo)天線回路電流來(lái)標(biāo)定太赫茲波的電場(chǎng)幅值。
[0008]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0009]1、本發(fā)明能同時(shí)進(jìn)行兩路太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量，具有更好的實(shí)用性。
[0010]2、本發(fā)明的兩束太赫茲光路可用來(lái)同時(shí)測(cè)兩個(gè)樣品的透射光譜進(jìn)行比較，也可同時(shí)測(cè)兩個(gè)樣品的反射光譜進(jìn)行比較，在樣品的差異化比較方面更為實(shí)用。
[0011]3、本發(fā)明的兩束太赫茲光路可分別用來(lái)測(cè)兩個(gè)同批次樣品的透射光譜和反射光譜，在樣品的透射光譜和反射光譜同時(shí)分析方面更為實(shí)用。
[0012]4、在本發(fā)明的兩束太赫茲光路，可一束用來(lái)測(cè)樣品的透射光譜或反射光譜，同時(shí)用另一束來(lái)測(cè)透射或反射的參考光譜。這樣可實(shí)時(shí)地觀測(cè)到飛秒激光器可能帶來(lái)的光譜不穩(wěn)定。
[0013]5、本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，使用靈活。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是現(xiàn)有太赫茲時(shí)域光譜儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明雙光路太赫茲時(shí)域光譜儀系統(tǒng)的第一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明的第二種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是本發(fā)明的第三種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]其中，圖1?4中包括:飛秒激光器(I);分束器(2);分?jǐn)?shù)器(3);光導(dǎo)天線太赫茲發(fā)射器(4);拋物面鏡(5);拋物面鏡(6);透射模式樣品架(7);透射測(cè)量模塊(8);平面反射鏡
(9)；平面反射鏡(10);平面反射鏡(11);平面反射鏡(12);光學(xué)延遲模塊(13);平面反射鏡
(14);光導(dǎo)天線太赫茲探測(cè)器(15);分束器(16);光導(dǎo)天線太赫茲發(fā)射器(17);拋物面鏡
[18];拋物面鏡(19);透射模式樣品架(20);透射測(cè)量模塊(21);平面反射鏡(22);平面反射鏡(23);平面反射鏡(24);平面反射鏡(25);光學(xué)延遲模塊(26);平面反射鏡(27);光導(dǎo)天線太赫茲探測(cè)器(28);計(jì)算機(jī)(29)。
[0019]其中，圖3中還包括:反射模式樣品架(30);拋物面鏡(31);拋物面鏡(32);反射測(cè)量模塊(33)。
[0020]其中，圖4中還包括:反射模式樣品架(34);拋物面鏡(35);拋物面鏡(36);反射測(cè)量模塊(37);反射模式樣品架(38);拋物面鏡(39);拋物面鏡(40);反射測(cè)量模塊(41)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合本發(fā)明的附圖對(duì)本發(fā)明加以進(jìn)一步說(shuō)明，應(yīng)指出的是，所描述的實(shí)施例僅為了便于對(duì)發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。
[0022]如圖1，本發(fā)明以飛秒激光器(I)作為激勵(lì)源，飛秒激光束經(jīng)過(guò)分束器(2)被分為兩束激光，這兩束激光各占飛秒激光器輸出激光的50 %。第一束激光經(jīng)過(guò)第分束器(3)分為兩束:一束光為栗浦光，占第一束激光輸出功率的70% ;另一束光為探測(cè)光，占第一束激光輸出功率的30%。栗浦光通過(guò)透鏡被聚焦到基于光電導(dǎo)天線的太赫茲發(fā)射器(4)上，利用光導(dǎo)天線輻射太赫茲波;產(chǎn)生的太赫茲輻射波進(jìn)入透射或反射測(cè)量模塊，最終聚焦在太赫茲探測(cè)器(15)上。探測(cè)光經(jīng)由平面反射鏡(9)、(10)反射，經(jīng)過(guò)由平面反射鏡(11)、(12)組成的快速光學(xué)掃描延遲模塊(13)，最終與太赫茲輻射波共線耦合到太赫茲探測(cè)器(15)上。通過(guò)進(jìn)行和不進(jìn)行采樣的比較對(duì)太赫茲脈沖進(jìn)行測(cè)量，被測(cè)物質(zhì)的吸收和色散都可以通過(guò)分析波形的傅里葉變換獲得。由分束器(2)分出的第二束激光經(jīng)過(guò)與第一束激光相同的系統(tǒng)，從而可以實(shí)現(xiàn)兩路樣品同時(shí)測(cè)量，大大提高工作效率。
[OO23 ]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，飛秒激光器(I)選用Sp e c tra-Phy sics公司的摻肽藍(lán)寶石超快振蕩器，脈沖能量約為100mW，脈沖持續(xù)時(shí)間小于120fs，峰值動(dòng)態(tài)范圍大于1000:1。太赫茲發(fā)射器(4)包括一個(gè)制造在GaAs晶片上的大孔徑光電導(dǎo)偶極子天線，在天線的電極上加一個(gè)合適的高電壓，使栗浦激勵(lì)光束照射產(chǎn)生的光電子加速運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)瞬時(shí)光電流，從而產(chǎn)生一個(gè)太赫茲脈沖。栗浦光和探測(cè)光間的光學(xué)延遲模塊(13)可以是一個(gè)小型的線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙回復(fù)反射器，可以提供40cm的最大延遲范圍。太赫茲探測(cè)器(15)可采用電子光學(xué)的(EO)ZnTe晶體探測(cè)器，所探測(cè)到的太赫茲時(shí)域信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)(29)，采用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)獲得被測(cè)物質(zhì)的頻譜信號(hào)。
[0024]圖2所示為本發(fā)明的第一種實(shí)施方式，該實(shí)施方式中:兩光路均用來(lái)測(cè)量樣品的透射光譜，所測(cè)樣品可以是相同質(zhì)量的同一物質(zhì)不同濃度的兩個(gè)樣品，采用本設(shè)計(jì)可以同時(shí)采集兩樣品太赫茲時(shí)域透射光譜，并比較濃度對(duì)樣品透射光譜的影響；
[0025]圖3所示為本發(fā)明的第二種實(shí)施方式，該實(shí)施方式中:，一路用來(lái)測(cè)量樣品的透射光譜，一路用來(lái)測(cè)量樣品的反射光譜，所測(cè)樣品可以是完全相同的兩個(gè)樣品，采用本設(shè)計(jì)可同時(shí)觀察其通過(guò)透射光譜獲得光學(xué)參數(shù)和通過(guò)反射光譜獲得光學(xué)參數(shù)的異同；
[0026]圖4所示為本發(fā)明的第三種實(shí)施方式，該實(shí)施方式中:兩光路均用來(lái)測(cè)量樣品的反射光譜，所測(cè)樣品可以是相同濃度的同一物質(zhì)不同質(zhì)量的兩個(gè)樣品，采用本設(shè)計(jì)可以同時(shí)采集兩樣品太赫茲時(shí)域反射光譜，并比較質(zhì)量對(duì)樣品反射光譜的影響。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)例而已，并不用以限制本設(shè)計(jì)，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙光路太赫茲時(shí)域光譜儀，其特點(diǎn)為: 采用飛秒激光器作為激勵(lì)源，設(shè)置在飛秒激光器(I)輸出端的分束器(2)將一束激光分為兩束，用于兩路太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量;在每一路太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量中，用分束器(3)和分束器(16)再次將激光分為兩束，一束為栗浦光，另一束為探測(cè)光;栗浦光匯聚到基于光導(dǎo)天線的太赫茲發(fā)射器(4)、(17)上，利用光導(dǎo)天線輻射產(chǎn)生太赫茲波;產(chǎn)生的太赫茲波經(jīng)過(guò)樣品后，聚焦于基于光導(dǎo)天線的太赫茲探測(cè)器(15)、(28)上;探測(cè)光也同時(shí)聚焦到太赫茲探測(cè)器(15)、(28)上，通過(guò)檢測(cè)光導(dǎo)天線回路電流來(lái)標(biāo)定太赫茲波的電場(chǎng)幅值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路太赫茲時(shí)域光譜儀，其特征在于:所述飛秒激光器(I)為飛秒脈沖光纖激光器，所述分束器(2)、(3)、(16)為偏振分束器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路太赫茲時(shí)域光譜儀，其特征在于:所述太赫茲發(fā)射器(4)、(17)為基于光導(dǎo)天線的太赫茲發(fā)射器，光導(dǎo)天線兩極板上加載直流偏壓，用于驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體中載流子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生太赫茲福射。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路太赫茲時(shí)域光譜儀，其特征在于:所述太赫茲探測(cè)器(15)、(28)為基于光導(dǎo)天線的太赫茲探測(cè)器，光導(dǎo)天線兩極板上連接電流計(jì)，用于檢測(cè)載流子在太赫茲電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)引起的回路電流。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙光路太赫茲時(shí)域光譜儀，屬于光譜技術(shù)領(lǐng)域。該光譜儀的特點(diǎn)為：采用飛秒激光器作為激勵(lì)源，設(shè)置在飛秒激光器輸出端的分束器將一束激光分為兩束，用于兩路太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量；在每一路太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量中，用分束器再次將激光分為兩束，一束為泵浦光，另一束為探測(cè)光；泵浦光匯聚到基于光導(dǎo)天線的太赫茲發(fā)射器上，利用光導(dǎo)天線輻射產(chǎn)生太赫茲波；產(chǎn)生的太赫茲波經(jīng)過(guò)樣品后，聚焦于基于光導(dǎo)天線的太赫茲探測(cè)器上；探測(cè)光也同時(shí)聚焦到太赫茲探測(cè)器上，通過(guò)檢測(cè)光導(dǎo)天線回路電流來(lái)標(biāo)定太赫茲波的電場(chǎng)幅值。因而本發(fā)明可在保持高探測(cè)帶寬和高頻譜分辨率的情況下，同時(shí)進(jìn)行兩路太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量，效率大大提高，具有更好的實(shí)用性。
【IPC分類(lèi)】G01N21/59, G01N21/55
【公開(kāi)號(hào)】CN105548083
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510902880
【發(fā)明人】周俊, 涂珊, 饒?chǎng)?
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月8日