雙光路太赫茲時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。隨著近十幾年來全世界范圍內(nèi)的大力發(fā)展，太赫茲源與檢測技術(shù)得到了突破性的進展，太赫茲技術(shù)的應(yīng)用研究也迅速擴展到了越來越多的領(lǐng)域。太赫茲光譜技術(shù)是太赫茲科學(xué)實用化的一種重要技術(shù)，這種技術(shù)具有很高的探測信噪比和較寬的探測帶寬，可廣泛用于物質(zhì)特性分析、生物醫(yī)學(xué)研究、安全檢測等多個領(lǐng)域，具有非常實際的應(yīng)用前景。
[0003]現(xiàn)有的太赫茲時域光譜儀，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。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)過樣品后聚焦在探測器上。探測脈沖通過平移段提供相對時延后聚焦在探測器上，測量太赫茲脈沖的電磁場強度隨時間的變化，進而得到樣品的信息。
[0004]在現(xiàn)有的一束太赫茲光路中每次只能選擇一種測量模式，要么進行透射型測量，要么進行反射型測量，不能同時進行，因此單光譜測量時間長，不能滿足實際應(yīng)用的需要，因此大部分只局限于實驗室內(nèi)的應(yīng)用。在現(xiàn)有的太赫茲時域光譜儀中，由于飛秒激光器的不穩(wěn)定性限制，需要經(jīng)常測量樣品架空載下的原始光譜，增加測量工作的重復(fù)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有的太赫茲時域光譜儀單束光路測量效率的不足，本發(fā)明提供了一種雙光路太赫茲時域光譜儀系統(tǒng)，在保持高探測帶寬和高頻譜分辨率的情況下，能提供雙光路測量，結(jié)構(gòu)緊湊，使用靈活。
[0006]為了實現(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，用于兩路太赫茲時域光譜測量;在每一路太赫茲時域光譜測量中，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)過樣品后，聚焦于基于光導(dǎo)天線的太赫茲探測器上；探測光也同時聚焦到太赫茲探測器上，通過檢測光導(dǎo)天線回路電流來標(biāo)定太赫茲波的電場幅值。
[0008]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0009]1、本發(fā)明能同時進行兩路太赫茲時域光譜測量，具有更好的實用性。
[0010]2、本發(fā)明的兩束太赫茲光路可用來同時測兩個樣品的透射光譜進行比較，也可同時測兩個樣品的反射光譜進行比較，在樣品的差異化比較方面更為實用。
[0011]3、本發(fā)明的兩束太赫茲光路可分別用來測兩個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分析方面更為實用。
[0012]4、在本發(fā)明的兩束太赫茲光路，可一束用來測樣品的透射光譜或反射光譜，同時用另一束來測透射或反射的參考光譜。這樣可實時地觀測到飛秒激光器可能帶來的光譜不穩(wěn)定。
[0013]5、本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，使用靈活。
【附圖說明】
[0014]圖1是現(xiàn)有太赫茲時域光譜儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明雙光路太赫茲時域光譜儀系統(tǒng)的第一種【具體實施方式】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);分數(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)天線太赫茲探測器(28);計算機(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);反射測量模塊(41)。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合本發(fā)明的附圖對本發(fā)明加以進一步說明，應(yīng)指出的是，所描述的實施例僅為了便于對發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。
[0022]如圖1，本發(fā)明以飛秒激光器(I)作為激勵源，飛秒激光束經(jīng)過分束器(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% ;另一束光為探測光，占第一束激光輸出功率的30%。栗浦光通過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入透射或反射測量模塊，最終聚焦在太赫茲探測器(15)上。探測光經(jīng)由平面反射鏡(9)、(10)反射，經(jīng)過由平面反射鏡(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器(15)上。通過進行和不進行采樣的比較對太赫茲脈沖進行測量，被測物質(zhì)的吸收和色散都可以通過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)過與第一束激光相同的系統(tǒng)，從而可以實現(xiàn)兩路樣品同時測量，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公司的摻肽藍寶石超快振蕩器，脈沖能量約為100mW，脈沖持續(xù)時間小于120fs，峰值動態(tài)范圍大于1000:1。太赫茲發(fā)射器(4)包括一個制造在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合適的高電壓，使栗浦激勵光束照射產(chǎn)生的光電子加速運動，形成一個瞬時光電流，從而產(chǎn)生一個太赫茲脈沖。栗浦光和探測光間的光學(xué)延遲模塊(13)可以是一個小型的線性電機驅(qū)動的雙回復(fù)反射器，可以提供40cm的最大延遲范圍。太赫茲探測器(15)可采用電子光學(xué)的(EO)ZnTe晶體探測器，所探測到的太赫茲時域信號采集到計算機(29)，采用太赫茲時域光譜技術(shù)獲得被測物質(zhì)的頻譜信號。
[0024]圖2所示為本發(fā)明的第一種實施方式，該實施方式中:兩光路均用來測量樣品的透射光譜，所測樣品可以是相同質(zhì)量的同一物質(zhì)不同濃度的兩個樣品，采用本設(shè)計可以同時采集兩樣品太赫茲時域透射光譜，并比較濃度對樣品透射光譜的影響；
[0025]圖3所示為本發(fā)明的第二種實施方式，該實施方式中:，一路用來測量樣品的透射光譜，一路用來測量樣品的反射光譜，所測樣品可以是完全相同的兩個樣品，采用本設(shè)計可同時觀察其通過透射光譜獲得光學(xué)參數(shù)和通過反射光譜獲得光學(xué)參數(shù)的異同；
[0026]圖4所示為本發(fā)明的第三種實施方式，該實施方式中:兩光路均用來測量樣品的反射光譜，所測樣品可以是相同濃度的同一物質(zhì)不同質(zhì)量的兩個樣品，采用本設(shè)計可以同時采集兩樣品太赫茲時域反射光譜，并比較質(zhì)量對樣品反射光譜的影響。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實例而已，并不用以限制本設(shè)計，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，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種雙光路太赫茲時域光譜儀，其特點為: 采用飛秒激光器作為激勵源，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，用于兩路太赫茲時域光譜測量;在每一路太赫茲時域光譜測量中，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)過樣品后，聚焦于基于光導(dǎo)天線的太赫茲探測器(15)、(28)上;探測光也同時聚焦到太赫茲探測器(15)、(28)上，通過檢測光導(dǎo)天線回路電流來標(biāo)定太赫茲波的電場幅值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路太赫茲時域光譜儀，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)動半導(dǎo)體中載流子運動產(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域光譜儀，其特征在于:所述太赫茲探測器(15)、(28)為基于光導(dǎo)天線的太赫茲探測器，光導(dǎo)天線兩極板上連接電流計，用于檢測載流子在太赫茲電場作用下運動引起的回路電流。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙光路太赫茲時域光譜儀，屬于光譜技術(shù)領(lǐng)域。該光譜儀的特點為：采用飛秒激光器作為激勵源，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，用于兩路太赫茲時域光譜測量；在每一路太赫茲時域光譜測量中，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)過樣品后，聚焦于基于光導(dǎo)天線的太赫茲探測器上；探測光也同時聚焦到太赫茲探測器上，通過檢測光導(dǎo)天線回路電流來標(biāo)定太赫茲波的電場幅值。因而本發(fā)明可在保持高探測帶寬和高頻譜分辨率的情況下，同時進行兩路太赫茲時域光譜測量，效率大大提高，具有更好的實用性。
【IPC分類】G01N21/59, G01N21/55
【公開號】CN105548083
【申請?zhí)枴緾N201510902880
【發(fā)明人】周俊, 涂珊, 饒鑫
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月8日