一種實時散射型太赫茲準(zhǔn)時域近場偏振光譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光譜測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種實時散射型太赫茲準(zhǔn)時域近場偏振光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]波長在3mm到30μπι之間，微波和紅外之間的電磁波波段稱為太赫茲波段。通常對此波段的探測采用太赫茲時域和頻域光譜儀，其中利用相干技術(shù)能同時得到太赫茲脈沖振幅和相位信息的時域光譜儀應(yīng)用最為廣泛，已廣泛應(yīng)用于安全檢查、無損檢測、生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)分析、通信與國防等領(lǐng)域。但是這些光譜儀都是遠場光譜儀，無法繞開衍射極限，只能對物質(zhì)進行大量分子系綜的太赫茲圖譜分析，難以得到物質(zhì)的指紋圖譜。如何對單個生物細胞、分子或?qū)ξ⒓{米尺度的半導(dǎo)體器件等微小作用物質(zhì)進行太赫茲探測成為學(xué)界和工業(yè)界關(guān)心的焦點問題。傳統(tǒng)遠場時域系統(tǒng)采用飛秒激光，由此產(chǎn)生寬帶太赫茲譜，單次測量即含有完整的太赫茲頻率窗口信息。但這種完全自由空間傳播太赫茲時域系統(tǒng)價格過于昂貴、體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易于受到環(huán)境擾動。另一種常見的與之補充的實用型的光譜儀為連續(xù)波外差太赫茲光譜系統(tǒng)，由波長稍有不同的兩個單模連續(xù)波激光束入射到光電導(dǎo)天線中，產(chǎn)生連續(xù)波太赫茲輻射。但只探測一個單一頻率成分，所獲得信息嚴重限制。而且在對物質(zhì)的太赫茲圖譜分析中，遠場僅能獲得大量物質(zhì)的系綜信號，難以得到單個分子、微納米尺度物質(zhì)的指紋圖譜性質(zhì)，而且針對某些生物分子只對特定偏振太赫茲波有響應(yīng)，而且由于近場信號本身過于微弱的特點，偏振襯度有助于提高其分辨率的特點，因此開展抗擾動，能夠快速實時探測，集成時域和頻域系統(tǒng)優(yōu)點的，又能夠繞過衍射極限的近場偏振探測系統(tǒng)成為迫在眉睫的工作。掃描偏振近場太赫茲顯微鏡有很多獨特優(yōu)點，可以在大氣甚至液體狀態(tài)下工作，探測時對樣品基本沒有損傷;尤其是光譜探測還可以給出樣品化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)信息，對深入了解樣品的性質(zhì)具有重要意義。近場偏振太赫茲顯微光譜儀在低維納米材料，微納光子學(xué)器件，表面等離激元，薄膜，生物大分子體系等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了解決傳統(tǒng)的太赫茲時域近場系統(tǒng)價格昂貴，體積較大，慢速和分辨率不高、信噪比欠優(yōu)和頻域連續(xù)波近場系統(tǒng)的帶寬限制等問題，而提供一種實時散射型太赫茲準(zhǔn)時域近場偏振光譜儀。
[0004]本發(fā)明所涉及的一種實時散射型太赫茲準(zhǔn)時域近場偏振光譜儀，包括多模激光模塊1、摻t耳光纖放大器2、光纖分束器3、光電導(dǎo)發(fā)射天線4、偏振模塊5、聚焦透鏡Α6-1、原子力顯微鏡8、聚焦透鏡B6-2、光纖延展模塊9、光電導(dǎo)接收天線10和鎖相放大器11;其特征是:多模激光模塊I發(fā)射出多模激光，經(jīng)過摻餌光纖放大器2，由多模傳輸光纖引導(dǎo)至光纖分束器3，成為栗浦和探測光，栗浦光束激勵光電導(dǎo)發(fā)射天線模塊4福射出準(zhǔn)時域太赫茲信號，太赫茲信號經(jīng)過偏振模塊5和聚焦透鏡A6-1，入射到原子力顯微鏡8的振蕩的探針針尖，并與樣品7產(chǎn)生近場相互作用，生成散射近場調(diào)制信號，探測光路則是，分束器出射的激光經(jīng)過光纖延展模塊9進入光電導(dǎo)接收天線10，同時接收散射聚焦透鏡B6-2收集的太赫茲信號;最后信號經(jīng)過鎖相放大器11提取放大。
[0005]所述多模激光模塊I輸出圍繞一中心頻率的多模激光，相鄰縱模頻率差為定值等間距;該多模激光經(jīng)多模激光光纖傳輸系統(tǒng)分成兩路光信號，其中一路光信號輸入到光電導(dǎo)發(fā)射天線中，另一路光信號輸入到光電導(dǎo)接收天線中。
[0006]所述光電導(dǎo)發(fā)射天線4，采用適用于連續(xù)波差頻探測的光電導(dǎo)天線。
[0007]所述光電導(dǎo)接收天線10，采用適用于連續(xù)波差頻探測的光電導(dǎo)天線。
[0008]所述偏振模塊5由線性偏振片和λ/4、λ/2波片組合，置于光電導(dǎo)發(fā)射天線模塊和聚焦透鏡之間。
[0009]所述原子力顯微鏡8工作時探針振動頻率為Ω，鎖相放大器提取諧波頻率為相應(yīng)的2Ω。
[0010]在本發(fā)明中，基于科研和工業(yè)對超分辨太赫茲譜的實際應(yīng)用，旨在開發(fā)小型化、低成本、緊湊型的準(zhǔn)時域近場偏振光譜儀，結(jié)合多模激光、原子力顯微鏡測控探針樣品間距，通過納米尺度的光學(xué)探針針尖工作在距離樣品表面小于波長的近場區(qū)，實現(xiàn)對包含高空間頻率信息的隱失場的探測。提出一套緊湊型實時太赫茲準(zhǔn)時域近場偏振光譜儀，部分替代飛秒時域近場太赫茲光譜系統(tǒng)，采用低成本的商用多模激光器件、原子力顯微鏡探針模塊和適應(yīng)偏振調(diào)制的光學(xué)器件組，更適于太赫茲近場的科研和工業(yè)應(yīng)用。此系統(tǒng)基于緊湊、價格低廉的商用多模激光器件，使用等頻距的多模縱模激光驅(qū)動傳統(tǒng)的光電導(dǎo)天線混頻系統(tǒng)。獲得的信號類似于傳統(tǒng)的時域信號，集成了飛秒激光的寬頻特性和頻域連續(xù)波特點，又極大降低了系統(tǒng)價格和體積。經(jīng)過快速時間延遲模塊后，再結(jié)合原子力顯微鏡探針的近場探測系統(tǒng)和顯著提高近場分辨率的偏振襯度調(diào)制系統(tǒng)，將有助于近場超分辨太赫茲探測設(shè)備實現(xiàn)高信噪比、低成本和實時快速探測。此系統(tǒng)特點由商業(yè)價格低廉的多模激光系統(tǒng)激勵，部分光纖傳播，快速時間延遲調(diào)制，偏振太赫茲波調(diào)制，原子力顯微鏡的探針調(diào)制與間距控制系統(tǒng)，具有低成本、體積小、不損傷眼睛，實時等特點，可廣泛應(yīng)用于科研和工業(yè)對太赫茲信號的超分辨探測領(lǐng)域，研究將對未來太赫茲技術(shù)應(yīng)用及產(chǎn)品研發(fā)產(chǎn)生重要意義。
[0011]說明書附圖
[0012]為了更好的解釋本發(fā)明，結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但它們不對本發(fā)明構(gòu)成限定。
[0013]圖1為本發(fā)明實時散射型太赫茲準(zhǔn)時域近場偏振光譜儀示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明光譜儀近場部分探測示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明具體實施例采用多模激光器傅里葉頻譜圖；
[0016]上述圖中，丨為多模激光模塊;2為摻鉺光纖放大器;3為光纖分束器;4為光電導(dǎo)發(fā)射天線;5為偏振模塊;5-1為偏振模塊A; 5-2為偏振模塊B; 6-1為聚焦透鏡A; 6-2為聚焦透鏡Β;7為樣品;8為原子力顯微鏡;9為光纖延展模塊;10為光電導(dǎo)接收天線；11為鎖相放大器。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0018]實施例
[0019]本實施例所涉及的一種實時散射型太赫茲準(zhǔn)時域近場偏振光譜儀，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括多模激光模塊1、光纖分束器2摻鉺光纖放大器3、光電導(dǎo)發(fā)射天線4、偏振模塊5、聚焦透鏡6-1、原子力顯微鏡8、光纖延展模塊9、光電導(dǎo)接收天線10、鎖相放大器11;多模激光模塊I發(fā)射出多模激光，經(jīng)過摻餌光纖放大器2，由多模傳輸光纖引導(dǎo)至光纖分束器3，成為栗浦和探測光，栗浦光束激勵光電導(dǎo)發(fā)射天線模塊4輻射出準(zhǔn)時域太赫茲信號，太赫茲信號經(jīng)過偏振模塊5和聚焦透鏡A6-1，入射到原子力顯微鏡系統(tǒng)8的振蕩的探針針尖，并與樣品7產(chǎn)生近場相互作用，生成散射近場調(diào)制信號，探測光路則是，分束器出射的激光經(jīng)過光纖延展模塊9進入光電導(dǎo)接收天線10，同時接收散射聚焦透鏡B6-2收集的太赫茲信號;最后信號經(jīng)過鎖相放大器11提取放大。偏振模塊5包括偏振模塊A5-1和偏振模塊B5-2。
[0020]具體而言，首先激光經(jīng)多模激光模塊I輸出，這里并未采用飛秒激光或雙連續(xù)激光差頻的形式，而是直接輸出等