本實用新型屬于檢測裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種用于鑒別有機物成分和含量的光學(xué)裝置。

背景技術(shù)：

太赫茲光是一種介于微波和紅外之間的輻射頻率范圍在0.1～10THz、波長范圍在3mm～30um的電磁波。在電子學(xué)領(lǐng)域里，這種波段的電磁波被稱為毫米波及亞毫米波，而在光學(xué)領(lǐng)域里，它則被稱為遠紅外射線。透過物質(zhì)發(fā)出的太赫茲光譜包含著非常豐富的物理和化學(xué)信息，研究物質(zhì)在該波段的光譜對于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索具有重要的意義。與傳統(tǒng)光源相比，太赫茲激光具有很多獨特的性質(zhì)，例如瞬態(tài)性、低能性、寬帶性、相干性等，以及對很多極性物質(zhì)的穿透力強和對極性分子有強烈的吸收性等，因此它在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域及生物領(lǐng)域中具有非常重要的應(yīng)用前景。太赫茲光譜技術(shù)是一種新興的、高效的相干探測技術(shù)，由于許多極性大分子在振動能級間的躍遷和轉(zhuǎn)動能級間的躍遷正好處于太赫茲光譜范圍，甚至在太赫茲頻段存在大量的DNA分子主鏈間的受激本征共振，因此有機生物分子的太赫茲光譜可以反映由分子內(nèi)或分子間集體振動和晶格振動引起的低頻振動模的本征特性。此外，在吸收光譜中觀察的集體振動模式由整個分子的構(gòu)形和構(gòu)象決定，反映出分子與環(huán)境之間的相互作用，因此太赫茲光譜還可以為分子的構(gòu)形和構(gòu)象提供了直接的特征譜?？傊?，太赫茲激光具有較低的光子能量，在進行樣品探測時不會產(chǎn)生有害的光致電離，是一種行之有效的無損探測方法，可應(yīng)用于有機生物分子構(gòu)象研究、基因結(jié)構(gòu)鑒定及同質(zhì)異構(gòu)體鑒別等方面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型主要是解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題，提供一種用于鑒別有機物成分和含量的光學(xué)裝置，利用有機物分子的振動、轉(zhuǎn)動特征頻率均處在太赫茲光譜范圍內(nèi)，且與太赫茲激光相互作用可產(chǎn)生共振反應(yīng)，從而快速靈敏地鑒別出有機物樣品的成分和含量。

本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：一種用于鑒別有機物成分和含量的光學(xué)裝置，包括激光器、分束器、拋物反射鏡、太赫茲感應(yīng)晶體和鎖相器，所述激光器發(fā)射激光，分束器將激光分束成探測激光和激發(fā)激光，所述探測激光和激發(fā)激光途徑各自支路，通過拋物反射鏡匯聚合束，同步匯聚于太赫茲感應(yīng)晶體上，所述太赫茲感應(yīng)晶體的后端設(shè)有分光器，所述鎖相器上設(shè)有光電探頭，鎖相器和光電探頭之間通過光電探頭數(shù)據(jù)線連接，所述光電探頭設(shè)置在分光器的后端，用于探測接受分光器傳輸過來的光信號，所述探測激光支路包括全反射鏡、延時器和聚焦鏡，所述全反射鏡、延時器和聚焦鏡依次放置，所述激發(fā)激光支路包括斬波器、濾光器、聚焦鏡和太赫茲轉(zhuǎn)換晶體，所述斬波器、濾光器、聚焦鏡和太赫茲轉(zhuǎn)換晶體依次放置，所述斬波器通過斬波器控制線與鎖相器相連，所述拋物反射鏡數(shù)量為兩個，拋物反射鏡的擺放呈“八”字型，所述左側(cè)拋物反射鏡的中心處設(shè)有圓形小孔，所述拋物反射鏡之間設(shè)有待測有機物樣品。

作為優(yōu)選，所述太赫茲感應(yīng)晶體和分光器之間設(shè)有波晶片和聚焦鏡，波晶片位于所述太赫茲感應(yīng)晶體的后端，聚焦鏡位于波晶片的后端。

作為優(yōu)選，所述分光器和光電探頭之間設(shè)有濾光器。

作為優(yōu)選，所述延時器由全反射鏡和直線平移臺構(gòu)成，所述全反射鏡的數(shù)量為兩個，均固定于直線平移臺上，所述兩個全反射鏡的角度互為直角。

使用上述光學(xué)裝置鑒別有機物成分和含量的方法為：

步驟(1)，激光器發(fā)射激光，分束器將激光分束成探測激光和激發(fā)激光；

步驟(2)，激發(fā)激光分別穿過斬波器和濾波器，由聚焦鏡匯聚到太赫茲轉(zhuǎn)換晶體上，與太赫茲轉(zhuǎn)換晶體作用產(chǎn)生太赫茲激光，太赫茲激光經(jīng)拋物反射鏡收集，然后與待測有機物樣品相互作用并透射，再經(jīng)拋物反射鏡匯聚到太赫茲感應(yīng)晶體上，其中，斬波器與鎖相器相互配合，用于壓制基頻強信號同時鎖住高頻弱信號，從而有效提取載有樣品信息的高頻弱信號，提高信噪比，濾光器可調(diào)節(jié)激發(fā)激光光強大??；

步驟(3)，探測激光經(jīng)全反射鏡、延時器和聚焦鏡后，穿過左側(cè)拋物反射鏡上的小孔，再經(jīng)拋物反射鏡匯聚到太赫茲感應(yīng)晶體上，其中，延時器通過沿探測激光傳輸方向平移全反射鏡組來實現(xiàn)探測激光和激發(fā)激光之間的延時調(diào)控，實現(xiàn)探測激光與太赫茲激光同步并共同匯聚到太赫茲感應(yīng)晶體上；

步驟(4)，載有待測有機物樣品信息的光信號經(jīng)太赫茲感應(yīng)晶體和波晶片調(diào)制后，被分光器分成兩路對比光束，兩路對比光束分別經(jīng)濾光器，被光電探頭探測接受，通過光電探頭數(shù)據(jù)線傳送到鎖相器，鎖相器對載有待測有機物樣品信息的載波信號進行分析對比，從而解析出其攜帶的樣品信息。

使用上述光學(xué)裝置鑒別有機物成分和含量的原理為：通過上述光學(xué)裝置提取光譜信息中的吸收峰位置和吸收系數(shù)等信息，通過與標準信息庫的對比來核定出該有機物樣品的成分和含量，即不同的吸收峰位置(即特征峰)對應(yīng)著不同的有機物成分，從而可鑒別出有機物成分，吸收峰對應(yīng)位置的吸收系數(shù)對應(yīng)著不同的有機物含量，從而可鑒別出有機物含量，其本質(zhì)是利用了有機物的振動頻率和轉(zhuǎn)動頻率均處在太赫茲光譜范圍內(nèi)，且與太赫茲激光相互作用可產(chǎn)生共振反應(yīng)，從而快速靈敏地鑒別出有機物樣品的成分和含量。

本實用新型具有的有益效果：太赫茲光譜類似高斯光束，是一種發(fā)散的波譜，采用高精度、大孔徑和低頻信號采集能力強的拋物反射鏡能有效收集光譜；利用斬波器和鎖相器對信號噪聲進行控制，大幅度抑制無用噪聲，改善檢測信噪比，提高了檢測靈敏度，實現(xiàn)了弱信號的有效探測；利用濾光器對光信號強度進行選擇性調(diào)制，提高了信號的對比度，實現(xiàn)了信號對比的有效分析；利用采集得到的太赫茲光譜中的吸收峰位置和吸收系數(shù)等信息并與標準樣品進行比對來提取有機物樣品的成分和含量。

附圖說明

圖1是本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型具體實施事例分析得到的太赫茲特征光譜圖。

圖中：1、激光器；2、分束器；3、拋物反射鏡；4、太赫茲感應(yīng)晶體；5、鎖相器；6、激光；7、探測激光；8、激發(fā)激光；9、分光器；10、光電探頭；11、光電探頭數(shù)據(jù)線；12、全反射鏡；13、延時器；14、聚焦鏡；15、斬波器；16、濾光器；17、太赫茲轉(zhuǎn)換晶體；18、待測有機物樣品；19、波晶片；20、直線平移臺；21、斬波器控制線；22、電腦；23、延時器控制線；24、鎖相器控制線；25、太赫茲激光。

具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的說明。

實施例：一種用于鑒別有機物成分和含量的光學(xué)裝置，如圖1所示，包括激光器、分束器、拋物反射鏡、太赫茲感應(yīng)晶體、鎖相器和電腦，所述激光器發(fā)射激光，分束器將激光分束成探測激光和激發(fā)激光，所述探測激光和激發(fā)激光途徑各自支路，通過拋物反射鏡匯聚合束，同步匯聚于太赫茲感應(yīng)晶體，所述太赫茲感應(yīng)晶體的后端設(shè)有分光器，所述鎖相器上設(shè)有光電探頭，鎖相器和光電探頭之間通過光電探頭數(shù)據(jù)線連接，所述光電探頭設(shè)置在分光器的后端，用于探測接受分光器傳輸過來的光信號，所述鎖相器通過鎖相器控制線與電腦相連，所述探測激光支路包括全反射鏡、延時器和聚焦鏡，所述全反射鏡、延時器和聚焦鏡依次放置，所述延時器通過延時器控制線與電腦相連，所述激發(fā)激光支路包括斬波器、濾光器、聚焦鏡和太赫茲轉(zhuǎn)換晶體，所述斬波器、濾光器、聚焦鏡和太赫茲轉(zhuǎn)換晶體依次放置，所述斬波器通過斬波器控制線與鎖相器相連，所述拋物反射鏡數(shù)量為兩個，拋物反射鏡的擺放呈“八”字型，所述左側(cè)拋物反射鏡的中心處設(shè)有圓形小孔，所述拋物反射鏡之間設(shè)有待測有機物樣品。

所述太赫茲感應(yīng)晶體和分光器之間設(shè)有波晶片和聚焦鏡，波晶片位于所述太赫茲感應(yīng)晶體的后端，聚焦鏡位于波晶片的后端。

所述分光器和光電探頭之間設(shè)有濾光器。

所述延時器由全反射鏡和直線平移臺構(gòu)成，所述全反射鏡的數(shù)量為兩個，均固定于直線平移臺上，所述兩個全反射鏡的角度互為直角。

其中，激光器采用藍寶石飛秒激光器，輸出激光的波長為800nm、輸出頻率為50MHz、輸出脈寬為100fs、輸出功率為500mW；分束器的能量分束比為2:1；斬波器的斬波頻率為3KHz；濾光器采用圓盤旋轉(zhuǎn)式濾光器，可調(diào)節(jié)激光能量；設(shè)置在激發(fā)激光支路上的聚焦鏡采用500nm焦距，設(shè)置在探測激光支路上的聚焦鏡采用800nm焦距，設(shè)置在波晶片后端的聚焦鏡采用300nm焦距；全反射鏡采用800nm介質(zhì)膜全反射鏡；拋物反射鏡的焦距為200nm，其中一個拋物反射鏡的正中間挖有直徑為2mm的小孔；太赫茲轉(zhuǎn)換晶體為砷化鎵晶體，兩端需加電壓，以提高太赫茲轉(zhuǎn)化效率；太赫茲感應(yīng)晶體為碲化鋅晶體；波晶片采用800nm 1/4波片；分光器采用沃斯棱鏡；光電探頭采用高速光電探頭，能將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；待測有機物樣品采用超市采購的多種食用油及戶外采集的地溝油；電腦用于控制延時器的掃描速度，及接受來自鎖相器的采集數(shù)據(jù)。

實驗過程如下：藍寶石飛秒激光器輸出800nm的飛秒激光，經(jīng)分束器分束成激發(fā)激光和探測激光，激發(fā)激光經(jīng)聚焦鏡匯聚于砷化鎵晶體并產(chǎn)生太赫茲激光；太赫茲激光經(jīng)拋物反射鏡收集并輻射于樣品上，然后載有樣品信息的太赫茲光譜與探測激光共聚于碲化鋅晶體上，與碲化鋅晶體相互作用并被光電探頭探測感知；電腦控制延時器調(diào)節(jié)激發(fā)激光與探測激光之間的時間延遲，可掃描出太赫茲脈沖的時域波形，光電探頭探測感知到的信號經(jīng)鎖相器提取并傳送給電腦，電腦將時域信號經(jīng)過傅里葉變換，即可得到太赫茲頻域光譜圖。

圖2為使用上述光學(xué)裝置，掃描得到空樣品槽、豆油、菜籽油、玉米油、調(diào)和油、芝麻油和地溝油的太赫茲特征光譜圖。從圖中可看出，不同食用油樣品的吸收峰位置和振幅強度等存在差異，不同吸收峰位置代表不同的有機物成分，而不同的振幅強度代表不同的含量，使用上述光學(xué)裝置能有效鑒別出食用油的成分和含量等信息。

最后，應(yīng)當指出，以上實施例僅是本實用新型較有代表性的例子。顯然，本實用新型不限于上述實施例，還可以有許多變形。凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均應(yīng)認為屬于本實用新型的保護范圍。