一种异步扫频THz时域光谱系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种异步扫频THz时域光谱系统，包括：控制器和分别与控制器通信的第一激光器和第二激光器,以及用于产生及探测太赫兹波的光电导天线；第一激光器输出第一光路和第二光路，第一光路产生太赫兹波；第二光路上设置有第一光探测装置；第二激光器输出第三光路和第四光路，第三光路探测太赫兹波；第四光路上设置有第二光探测装置；第一光探测装置和第二光探测装置分别与控制器通信；控制器监测第一光探测装置和第二光探测装置的脉冲重复频率，并实时反馈控制第一激光器和第二激光器，使激光器输出的脉冲重复频率稳定且始终相差一个定值。本实用新型专利技术利用两台飞秒激光器高速异步控制，可在毫秒量级完成一个太赫兹脉冲波形采集。

【技术实现步骤摘要】
一种异步扫频THz时域光谱系统
本技术涉及太赫兹(THz)光谱控制
，具体涉及一种异步扫频THz时域光谱系统。
技术介绍
本部分向读者介绍可能与本技术的各个方面相关的
技术介绍
，相信能够向读者提供有用的背景信息，从而有助于读者更好地理解本技术的各个方面。因此，可以理解，本部分的说明是用于上述目的，而并非构成对现有技术的承认。太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在3mm到30um范围，介于微波与红外之间。在电磁频谱上，太赫兹波段两侧的红外和微波技术已经非常成熟，但是涉及太赫兹波段的研究结果和数据非常少，主要是受到有效太赫兹产生源和灵敏探测器的限制，因此这一波段也被称为THz间隙。随着80年代一系列新技术、新材料的发展，特别是超快技术的发展，使得获得宽带稳定的脉冲THz源成为一种准常规技术，THz技术得以迅速发展，并在实际范围内掀起一股THz研究热潮。2004年，美国政府将THz科技评为“改变未来世界的十大技术”之四，而日本于2005年1月8日更是将THz技术列为“国家支柱十大重点战略目标”之首，举全国之力进行研发。许多国家和地区政府、机构、企业、大学和研究机构纷纷投入到THz的研发热潮之中。它在物理、化学、电子信息、生命科学、材料科学、天文学、大气与环境监测、通讯雷达、国家安全与反恐等多个重要领域具有的独特优越性和巨大的应用前景逐渐显露。其中，太赫兹波谱技术构成了太赫兹应用的主要关键技术。近年来，出现了异步光学扫频太赫兹光谱系统，采用两台飞秒激光器分别完成太赫兹波的产生与探测，从而代替传统机械延迟装置。两台激光器产生的飞秒激光脉冲的间隔周期不同，即重复频率不同，两者之间有一个微小的重复频率差，此装置又叫异步光学采样。利用此频率差就可以完成对太赫兹波的逐点采样，即用另外一台飞秒激光器的频率差来代替机械延迟装置产生的频率差。现有的太赫兹时域光谱系统中，机械时间延迟装置有体积大、速度慢等问题。例如近几年出现的扫频太赫兹光谱系统采用钛蓝宝石飞秒激光器，体积非常大。同时激光脉冲重复频率高达1GHz，这样高的频率，异步控制电路就需要许多高频电路芯片，难以实现稳定的异步锁相控制，两台激光器的异步控制电路非常复杂和昂贵。
技术实现思路
要解决的技术问题是如何提供一种异步扫频THz时域光谱系统。针对现有技术中的缺陷，本技术提供一种异步扫频THz时域光谱系统，可以使两台激光器输出脉冲的重复频率保持稳定，并始终保持一个稳定的频率差。第一方面，本技术提供了一种异步扫频THz时域光谱系统，包括：控制器和分别与所述控制器通信的第一激光器和第二激光器；所述第一激光器输出第一光路和第二光路，所述第一光路产生太赫兹波；所述第二光路上设置有第一光探测装置；所述第二激光器输出第三光路和第四光路，所述第三光路探测太赫兹波；所述第四光路上设置有第二光探测装置；所述第一光探测装置和所述第二光探测装置分别与所述控制器通信；所述控制器监测所述第一光探测装置和所述第二光探测装置的脉冲重复频率，并实时反馈控制所述第一激光器和所述第二激光器，使激光器输出的脉冲重复频率稳定且始终相差一个定值。可选地，所述控制器包括：第一自动控制电路和第二自动控制电路；所述第一激光器与所述第一自动控制电路通信；还包括频率综合器；所述第一光探测装置与所述第一自动控制电路和所述频率综合器通信；所述频率综合器与所述第二自动控制电路通信；所述第二激光器与所述第二自动控制电路通信；所述第一光探测装置获得的所述第一激光器的脉冲信号与标准时钟信号进入第一自动控制电路进行锁相，当脉冲频率与标准时钟信号频率有偏差时，将输出反馈电压控制所述第一激光器，从而调节所述第一激光器的脉冲重复频率，使之随时与标准时钟频率相同；所述第一光探测装置输出同时进入所述频率综合器，经过所述频率综合器处理，此信号将作为标准频率信号进入第二自动控制电路，与所述第二激光器的脉冲信号进行锁相，所述第二自动控制电路输出控制信号，以使所述第二激光器的频率与所述第一激光器的频率相差预定值。可选地，所述控制器包括：时钟单元，所述时钟单元与所述第一自动控制电路通信。可选地，所述时钟单元采用频率稳定的恒温晶振。可选地，所述第一光探测装置与所述第一自动控制电路之间还串联设置有第一滤波单元和第一放大器；所述第二光探测装置与所述第二自动控制电路之间还串联设置有第二滤波单元和第二放大器；所述第一激光器与所述第一自动控制电路之间还串联设置有第三滤波单元和第三放大器；所述第二激光器与所述第二自动控制电路之间还串联设置有第四滤波单元和第四放大器；所述第一光探测装置获得的第一电脉冲信号经过第一滤波单元和第一放大器放大；经滤波放大后的第一电脉冲信号与时钟信号进入第一自动控制电路中锁相，第一自动控制电路输出第一电压信号，经过第三滤波单元和第三放大器放大后加载到第一激光器的控制端；所述第二光探测装置获得的第二电脉冲信号经过第二滤波单元和第二放大器放大；经滤波放大后的第一电脉冲信号同时进入所述频率综合器，所述频率综合器产生一个频率偏移，频率偏移后的第一脉冲信号进入第二自动控制电路，与经滤波放大后的第二电脉冲信号进行锁相，第二自动控制电路输出第二电压信号，经过第四滤波单元和第四放大器放大后加载到第二激光器的控制端。可选地，所述第一滤波单元、第二滤波单元是中心频率100M的带通滤波器。可选地，所述控制器还包括处理器，所述处理器控制所述第一自动控制电路、第二自动控制电路和所述频率综合器。可选地，所述控制器包括：第二自动控制电路和频率综合器；所述第一光探测装置与所述频率综合器通信；所述频率综合器与所述第二自动控制电路通信；所述第二激光器与所述第二自动控制电路通信；所述第一光探测装置获得的所述第一激光器的脉冲信号进入所述频率综合器，经过所述频率综合器处理，此信号将作为标准频率信号进入第二自动控制电路，与所述第二激光器的脉冲信号进行锁相，所述第二自动控制电路输出控制信号，以使所述第二激光器的频率与所述第一激光器的频率相差预定值。可选地，所述第一光探测装置与所述频率综合器之间还串联设置有第一滤波单元和第一放大器；所述第二光探测装置与所述第二自动控制电路之间还串联设置有第二滤波单元和第二放大器；所述第二激光器与所述第二自动控制电路之间还串联设置有第四滤波单元和第四放大器；所述第一光探测装置获得的第一电脉冲信号经过第一滤波单元和第一放大器放大；所述第二光探测装置获得的第二电脉冲信号经过第二滤波单元和第二放大器放大；经滤波放大后的第一电脉冲信号同时进入所述频率综合器，所述频率综合器产生一个频率偏移，频率偏移后的第一脉冲信号进入第二自动控制电路，与经滤波放大后的第二电脉冲信号进行锁相，第二自动控制电路输出第二电压信号，经过第四滤波单元和第四放大器放大后加载到第二激光器的控制端。可选地，所述第一激光器和所述第二激光器包括压电陶瓷，在压电陶瓷上加不同电压，激光器输出脉冲的重复频率将发生变化。由上述技术方案可知，本技术供的异步扫频THz时域光谱系统，利用两台飞秒激光器，通过高速异步控制，使两台激光器输出脉冲的重复频率保持稳定，并始终保持一个稳定的频率差。可以在毫秒量级完成一个太赫兹脉冲波形采集；用两台飞秒激光器构成的异步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异步扫频THz时域光谱系统，其特征在于，包括：控制器和分别与所述控制器通信的第一激光器和第二激光器；所述第一激光器输出第一光路和第二光路，所述第一光路产生太赫兹波；所述第二光路上设置有第一光探测装置；所述第二激光器输出第三光路和第四光路，所述第三光路探测太赫兹波；所述第四光路上设置有第二光探测装置；所述第一光探测装置和所述第二光探测装置分别与所述控制器通信；所述控制器监测所述第一光探测装置和所述第二光探测装置的脉冲重复频率，并实时反馈控制所述第一激光器和所述第二激光器，使激光器输出的脉冲重复频率稳定且始终相差一个定值。

【技术特征摘要】
1.一种异步扫频THz时域光谱系统，其特征在于，包括：控制器和分别与所述控制器通信的第一激光器和第二激光器；所述第一激光器输出第一光路和第二光路，所述第一光路产生太赫兹波；所述第二光路上设置有第一光探测装置；所述第二激光器输出第三光路和第四光路，所述第三光路探测太赫兹波；所述第四光路上设置有第二光探测装置；所述第一光探测装置和所述第二光探测装置分别与所述控制器通信；所述控制器监测所述第一光探测装置和所述第二光探测装置的脉冲重复频率，并实时反馈控制所述第一激光器和所述第二激光器，使激光器输出的脉冲重复频率稳定且始终相差一个定值。2.根据权利要求1所述的异步扫频THz时域光谱系统，其特征在于，所述控制器包括：第一自动控制电路和第二自动控制电路；所述第一激光器与所述第一自动控制电路通信；还包括频率综合器；所述第一光探测装置与所述第一自动控制电路和所述频率综合器通信；所述频率综合器与所述第二自动控制电路通信；所述第二激光器与所述第二自动控制电路通信；所述第一光探测装置获得的所述第一激光器的脉冲信号与标准时钟信号进入第一自动控制电路进行锁相，当脉冲频率与标准时钟信号频率有偏差时，将输出反馈电压控制所述第一激光器，从而调节所述第一激光器的脉冲重复频率，使之随时与标准时钟频率相同；所述第一光探测装置输出同时进入所述频率综合器，经过所述频率综合器处理，此信号将作为标准频率信号进入第二自动控制电路，与所述第二激光器的脉冲信号进行锁相，所述第二自动控制电路输出控制信号，以使所述第二激光器的频率与所述第一激光器的频率相差预定值。3.根据权利要求2所述的异步扫频THz时域光谱系统，其特征在于，所述控制器包括：时钟单元，所述时钟单元与所述第一自动控制电路通信。4.根据权利要求3所述的异步扫频THz时域光谱系统，其特征在于，所述时钟单元采用频率稳定的恒温晶振。5.根据权利要求2所述的异步扫频THz时域光谱系统，其特征在于，所述第一光探测装置与所述第一自动控制电路之间还串联设置有第一滤波单元和第一放大器；所述第二光探测装置与所述第二自动控制电路之间还串联设置有第二滤波单元和第二放大器；所述第一激光器与所述第一自动控制电路之间还串联设置有第三滤波单元和第三放大器；所述第二激光器与所述第二自动控制电路之间还串联设置有第四滤波单元和第四放大器；所述第一光探测装置获得的第一电脉冲信号经过第一滤波单元和第一放大器放大；经滤波放大后的第一电脉冲信号与时钟信号进入第一自动控制电路中锁相，第一自...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔海林，张存林，周庆莉，苏波，邓朝，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：新型
国别省市：北京,11