太赫兹时域光谱同步测量系统与方法技术方案

本发明专利技术提供一种太赫兹时域光谱同步测量系统，包括仪器室以及安装在所述仪器室内的激光光源模块、太赫兹发射器、探测光分束器、太赫兹偏振分束器、第一和第二合束片以及第一和第二太赫兹探测装置，其中，所述激光光源模块包括激光器和激光分束器，所述激光器发射的激光入射在所述激光分束器上，分为泵浦光与探测光。本发明专利技术还提供一种太赫兹时域光谱同步测量方法。本发明专利技术具有同时进行样品和参考测量、节省时间、减小测量不稳定因素和激光涨落与电路系统干扰的有益效果。

Terahertz Time Domain Spectrum Synchronization Measurement System and Method

The invention provides a terahertz time-domain spectrum synchronous measurement system, which comprises an instrument room and a laser light source module installed in the instrument room, a terahertz transmitter, a detection beam splitter, a terahertz polarization beam splitter, a first and second beam splitter and a first and second terahertz detection device, wherein the laser light is provided. The source module includes a laser and a laser beam splitter. The laser emitted by the laser is incident on the laser beam splitter and is divided into pump light and probe light. The invention also provides a terahertz time domain spectral synchronous measurement method. The invention has the beneficial effects of simultaneously carrying out sample and reference measurement, saving time, reducing measurement instability factors and interference between laser fluctuation and circuit system.

【技术实现步骤摘要】
太赫兹时域光谱同步测量系统与方法
本专利技术涉及光谱测量
，具体涉及一种太赫兹时域光谱同步测量系统与方法。
技术介绍
THz时域光谱技术又被称为THz-TDS(其英文名称time-domainspectroscopy的缩写)。1983年贝尔实验室的D.H.Auston等人首先提出了THz-TDS技术的原理，因为其系统结构类似于迈克尔逊干涉仪，所以他们将这种方法称之为相干远红外光谱测量法。1988年，IBM的D.Grischkowsky等人改进了D.H.Auston的系统，真正使其能够被更广泛的使用，然后正式将其命名为THz时域光谱技术。其原理是利用飞秒激光照射THz源以激发得到宽带THz脉冲，通过合理的光路使THz脉冲能够垂直于样品表面穿过样品或者在样品表面发生反射，这样就能获得样品对THz的透射或反射信号，比对该信号和没有样品时所测量到的参考THz脉冲信号，就能够获得这两个THz脉冲的强度值和相位的相对变化，从而计算出样品的各种特性，包括折射率(复)、介电常数和电导率等。然而，现有的测量方法存在不少技术缺陷。在张亮亮等人发表的名为“Polarizationsensitiveterahertztime-domainspectroscopyforbirefringentmaterials”(应用物理快报，94(21)：211106-1-3，2009)中，公开了一种用于解析样品的偏振信息的太赫兹时域光谱系统，该系统的缺点是：(1)、要分别进行参考和样品扫描，这样做会受实验室内温度和湿度变化的影响以及激光器源功率的小幅波动等等的影响；(2)、样品测量耗时相对为参考测量耗时的两倍，当涉及到大量样品测量时，异步测量所需的数据采集时间的增加成为不利因素(例如成像应用和凝聚物体系)。在E.Castro-Camus等人发表的名为“Polarization-sensitiveterahertzdetectionbymulticontactphotoconductivereceivers”(应用物理快报，86：254102(4pp)，2005)中，公开了一种多电极光电导天线解析材料偏振的系统。太赫兹偶极光电导天线发射线偏振太赫兹波，三电极光电导天线探测太赫兹信号，其中三电极结构分别为，一个电极接地(共有电极)，另外两个相互正交的电极和电极分别与锁相放大器1和锁相放大器相连，分别采集样品两正交方向上的太赫兹信号。但是，该系统搭建比较困难，并且由于太赫兹偶极天线的四极辐射现象，偶极光电导天线发射的太赫兹波的偏振并不是完全的线偏振，所以测量时会带来测量误差。因此，本领域迫切需要研发出一种能够对样品和参考进行同步扫描以减小误差的测量系统与方法。
技术实现思路
本专利技术之目的是提供一种太赫兹时域光谱同步测量系统与方法，能够解决样品测量耗时较长、异步测量易受温湿度变化影响以及激光器源功率的小幅度波动影响的技术问题。本专利技术提供一种太赫兹时域光谱同步测量系统，包括仪器室以及安装在仪器室内的激光光源模块、太赫兹发射器、探测光分束器、太赫兹偏振分束器、第一和第二合束片以及第一和第二太赫兹探测装置，其中，所述激光光源模块包括激光器和激光分束器，所述激光器发射的激光入射在所述激光分束器上，分为泵浦光与探测光，泵浦光照射在所述太赫兹发射器上产生太赫兹波，产生的太赫兹波通过所述太赫兹偏振分束器分成参考信号太赫兹波束和样品信号太赫兹波束，探测光经过所述探测光分束器分成第一探测光束和第二探测光束，参考信号太赫兹波束和第一探测光束经第一合束片合束得到第一待检测光束，样品信号太赫兹波束和第二探测光束经第二合束片合束得到第二待检测光束，所述第一和第二太赫兹探测装置分别接收第一待检测光束和第二待检测光束并输出携带太赫兹时域信息的第一和第二电信号。优选地，所述激光分束器为偏振分束器，所述探测光分束器为非偏振分束器，所述第一和第二合束片均为高阻硅片。优选地，所述太赫兹发射器包括光电导天线，所述泵浦光照射在所述光电导天线上产生光生载流子，在所述光电导天线上施加适当的偏置电压后，会使所述光生载流子加速运动产生时变电磁场并向外辐射太赫兹波，产生的太赫兹波经过离轴抛物面镜收集准直后入射在太赫兹偏振分束器上。优选地，还包括位于所述太赫兹发射器前方的延迟线模块，用于保证平移台中间位置时泵浦光和探测光两路的光程相等，并且在所述太赫兹偏振分束器与第二合束片之间放置有待测量样品。优选地，所述第一太赫兹探测装置包括第一探测晶体和第一太赫兹差分探测器，所述第二太赫兹探测装置包括第二探测晶体和第二太赫兹差分探测器，第一待检测光束和第二待检测光束分别聚焦到第一探测晶体和第二探测晶体上，并分别经过第一太赫兹差分探测器和第二太赫兹差分探测器处理后输出第一电信号和第二电信号。优选地，所述光电导天线为低温生长的砷化镓偶极光电导天线。优选地，所述同步测量系统中的每一光路的信噪比均在350:1以上。本专利技术还提供一种太赫兹时域光谱同步测量方法，包括步骤1、激光入射在激光分束器上，分为泵浦光与探测光两束光，步骤2、泵浦光照射在太赫兹发射器上产生太赫兹波，产生的太赫兹波通过太赫兹偏振分束器分成参考信号太赫兹波束和样品信号太赫兹波束，步骤3、探测光经过探测光分束器分成第一探测光束和第二探测光束，步骤4、参考信号太赫兹波束和第一探测光束经第一合束片合束得到第一待检测光束，样品信号太赫兹波束和第二探测光束经第二合束片合束得到第二待检测光束，步骤5、第一和第二太赫兹探测装置分别接收第一待检测光束和第二待检测光束并输出携带太赫兹时域信息的第一和第二电信号。优选地，所述激光分束器为偏振分束器，步骤1还包括通过置于所述激光分束器之前的半波片来调节所述激光分束器所分出的两束光的强度。优选地，所述太赫兹发射器包括光电导天线，所述步骤2包括使所述泵浦光照射在所述光电导天线上产生光生载流子，在所述光电导天线上施加适当的偏置电压后，会使所述光生载流子加速运动产生时变电磁场并向外辐射太赫兹波，以及使产生的太赫兹波经过离轴抛物面镜收集准直后入射在太赫兹偏振分束器上。优选地，还包括在步骤1之后且在步骤2之前，通过位于所述太赫兹发射器前方的延迟线模块来保证平移台中间位置时泵浦光和探测光两路的光程相等的步骤，其中，在步骤4中，在所述太赫兹偏振分束器与第二合束片之间放置待测量样品，参考信号太赫兹波束和携带样品信息的样品信号太赫兹波束分别透过第一合束片和第二合束片，所述太赫兹时域光谱同步测量方法中采用的待测量样品为具有二向色性的蓝宝石样品。优选地，所述第一太赫兹探测装置包括第一探测晶体和第一太赫兹差分探测器，所述第二太赫兹探测装置包括第二探测晶体和第二太赫兹差分探测器，步骤5中，第一待检测光束和第二待检测光束分别聚焦到第一探测晶体和第二探测晶体上，并分别经过第一太赫兹差分探测器和第二太赫兹差分探测器处理后输出第一和第二电信号。本专利技术的太赫兹时域光谱同步测量系统与方法相比现有技术具有如下有益效果：1、本专利技术能够同时进行样品和参考测量，节省时间，减小测量不稳定因素和激光涨落与电路系统的干扰。2、本专利技术能够实现样品两正交方向的同步探测，使测量结果不受实验室内温度和湿度变化的影响以及激光器源功率的小幅波动的影响，使测量结果更加可靠，可以解析样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹时域光谱同步测量系统，包括仪器室以及安装在仪器室内的激光光源模块、太赫兹发射器、探测光分束器、太赫兹偏振分束器、第一和第二合束片以及第一和第二太赫兹探测装置，其中，所述激光光源模块包括激光器和激光分束器，所述激光器发射的激光入射在所述激光分束器上，分为泵浦光与探测光，泵浦光照射在所述太赫兹发射器上产生太赫兹波，产生的太赫兹波通过所述太赫兹偏振分束器分成参考信号太赫兹波束和样品信号太赫兹波束，探测光经过所述探测光分束器分成第一探测光束和第二探测光束，参考信号太赫兹波束和第一探测光束经第一合束片合束得到第一待检测光束，样品信号太赫兹波束和第二探测光束经第二合束片合束得到第二待检测光束，所述第一和第二太赫兹探测装置分别接收第一待检测光束和第二待检测光束并输出携带太赫兹时域信息的第一和第二电信号。

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹时域光谱同步测量系统，包括仪器室以及安装在仪器室内的激光光源模块、太赫兹发射器、探测光分束器、太赫兹偏振分束器、第一和第二合束片以及第一和第二太赫兹探测装置，其中，所述激光光源模块包括激光器和激光分束器，所述激光器发射的激光入射在所述激光分束器上，分为泵浦光与探测光，泵浦光照射在所述太赫兹发射器上产生太赫兹波，产生的太赫兹波通过所述太赫兹偏振分束器分成参考信号太赫兹波束和样品信号太赫兹波束，探测光经过所述探测光分束器分成第一探测光束和第二探测光束，参考信号太赫兹波束和第一探测光束经第一合束片合束得到第一待检测光束，样品信号太赫兹波束和第二探测光束经第二合束片合束得到第二待检测光束，所述第一和第二太赫兹探测装置分别接收第一待检测光束和第二待检测光束并输出携带太赫兹时域信息的第一和第二电信号。2.根据权利要求1所述的太赫兹时域光谱同步测量系统，其中，所述激光分束器为偏振分束器，所述探测光分束器为非偏振分束器，所述第一和第二合束片均为高阻硅片。3.根据权利要求1或2所述的太赫兹时域光谱同步测量系统，其中，所述太赫兹发射器包括光电导天线，所述泵浦光照射在所述光电导天线上产生光生载流子，在所述光电导天线上施加适当的偏置电压后，会使所述光生载流子加速运动产生时变电磁场并向外辐射太赫兹波，产生的太赫兹波经过离轴抛物面镜收集准直后入射在太赫兹偏振分束器上。4.根据权利要求1或2所述的太赫兹时域光谱同步测量系统，还包括位于所述太赫兹发射器前方的延迟线模块，用于保证平移台中间位置时泵浦光和探测光两路的光程相等，并且在所述太赫兹偏振分束器与第二合束片之间放置有待测量样品。5.根据权利要求1或2所述的太赫兹时域光谱同步测量系统，其中，所述第一太赫兹探测装置包括第一探测晶体和第一太赫兹差分探测器，所述第二太赫兹探测装置包括第二探测晶体和第二太赫兹差分探测器，第一待检测光束和第二待检测光束分别聚焦到第一探测晶体和第二探测晶体上，并分别经过第一太赫兹差分探测器和第二太赫兹差分探测器处理后输出第一电信号和第二电信号。6.一种太赫兹时域光谱同步测量方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵国忠，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11