一种太赫兹频段材料反射系数定标测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种太赫兹频段材料反射系数定标测量装置及方法，通过太赫兹波透射测量分别获取有无定标板的太赫兹波透射电场强度，根据获取的太赫兹波透射电场强度得到定标板的透射系数，进而得到定标板的复折射率；通过太赫兹波反射测量获取定标板和被测材料板在同一入射角度下分别反射的太赫兹波反射电场强度；根据定标板的复折射率和太赫兹波反射测量的入射角度，计算定标板的反射系数；结合定标板和被测材料板反射的太赫兹波反射电场强度与反射系数之间的比例关系，计算被测材料板的反射系数。该装置及方法能够在无法准确计量太赫兹脉冲功率的情况下，有效度量各种材料反射性能，快速、便捷地获取被测材料板在太赫兹频段的反射系数和反射率。

A Calibration Measuring Device and Method of Material Reflection Coefficient in Terahertz Frequency Band

The invention relates to a terahertz band material reflection coefficient calibration measuring device and method. The terahertz wave transmission field intensity with or without a calibration plate is obtained by terahertz wave transmission measurement, and the transmission coefficient of the calibration plate is obtained by the obtained terahertz wave transmission field intensity, and then the complex refractive index of the calibration plate is obtained; the calibration plate and the measured plate are obtained by terahertz wave reflection measurement. The reflective electric field intensity of THz wave reflected by the material plate at the same incident angle is calculated according to the complex refractive index of the calibration plate and the incident angle measured by THz wave reflection. The reflective coefficient of the material plate is calculated according to the proportional relationship between the reflective electric field intensity of THz wave reflected by the calibration plate and the measured material plate. The device and method can effectively measure the reflectivity of various materials without accurately measuring the terahertz pulse power, and quickly and conveniently obtain the reflection coefficient and reflectivity of the measured material plate in terahertz frequency band.

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹频段材料反射系数定标测量装置及方法
本专利技术涉及太赫兹
，尤其涉及一种太赫兹频段材料反射系数定标测量装置及方法。
技术介绍
太赫兹脉冲通常是指波长从30微米到3毫米，频率从0.1到10太赫兹的电磁波。太赫兹脉冲介于红外线和毫米波之间，且频谱范围相当宽。因为太赫兹脉冲处于光子学与电子学的过渡区域，所以它能够提供可见光或者微波等传统检测方式不能提供的信息，因此它在物理学、化学和生物医学等领域有着重大的应用前景。目前，市面上缺乏统一的经过计量的太赫兹频段的功率计，因此难以准确度量太赫兹脉冲的功率，而在太赫兹器件与相关技术的研发中又迫切需要了解各种材料在太赫兹频段的性能，尤其是各种材料的透射、反射性能及由此演变出的电磁参数。对太赫兹脉冲弱吸收的材料而言，如果透射性能较好，则可以很方便地通过测量其透射率推演出该材料的折射率，而对于反射性能较好的材料而言，在当前无法准确计量太赫兹脉冲功率的情况下，难以准确获取各种材料在太赫兹频段反射系数。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是解决在无法准确计量太赫兹脉冲功率的条件下，难以准确获取各种材料在太赫兹频段反射系数和反射率的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种太赫兹频段材料反射系数定标测量装置，包括：定标板、透射测量模块、反射测量模块和计算模块；所述透射测量模块用于通过太赫兹波透射测量获得有无所述定标板的太赫兹波透射电场强度；所述反射测量模块用于通过太赫兹波反射测量获取所述定标板和被测材料板在同一入射角度下反射的太赫兹波反射电场强度；所述计算模块用于根据有无所述定标板的太赫兹波透射电场强度得出所述定标板的复折射率，并结合所述定标板和被测材料板反射的太赫兹波反射电场强度之比和入射角度，解算所述被测材料板在该入射角度下的反射系数和反射率。优选地，所述反射测量模块包括气室、基板、太赫兹波发射模块、太赫兹波接收模块和样品支架；所述基板设于所述气室内，所述基板上设有弓形导轨；所述样品支架设于所述弓形导轨的圆心处，用于放置被测样品；所述太赫兹波发射模块和所述太赫兹波接收模块分别通过一个直轨设于所述弓形导轨，两个所述直轨均一端固定于所述弓形导轨的圆心处，一端跨过所述弓形导轨并能够沿所述弓形导轨弧的切向移动，用于带动所述太赫兹波发射模块和所述太赫兹波接收模块围绕所述样品支架做圆周运动。优选地，所述透射测量模块包括太赫兹波发射天线、第一至第四抛物面镜、硅片、电光晶体、四分之一波片、聚焦透镜、渥拉斯顿棱镜和差分光电探测器；所述太赫兹波发射天线用于接收泵浦激光并激发产生太赫兹脉冲；所述第一抛物面镜用于接收太赫兹脉冲并准直，第二抛物面镜用于将准直的太赫兹脉冲聚焦形成放置被测样品的聚焦测量点；第三抛物面镜用于将通过聚焦测量点后的太赫兹脉冲再次准直，第四抛物面镜用于将再次准直的太赫兹脉冲汇聚；所述硅片用于反射外来的探测光束，并将探测光束与穿过所述硅片的太赫兹脉冲汇聚于电光晶体，形成太赫兹电场调制后的激光；所述四分之一波片用于对调制后的激光中的寻常光和非常光引入π/2的相位差，所述聚焦透镜用于将引入相位差的激光汇聚，所述渥拉斯顿棱镜用于使汇聚的激光分束并分别汇聚于所述差分光电探测器，所述差分光电探测器用于对被测样品的太赫兹信号进行差分解调探测。优选地，所述定标板为高阻硅片或聚四氟乙烯片。本专利技术还提供了一种太赫兹频段材料反射系数定标测量方法，包括以下步骤：S1、太赫兹波透射测量分别获取有无定标板作为被测样品时的太赫兹波透射电场强度；S2、根据获取的有无定标板时的太赫兹波透射电场强度之比得到定标板的透射系数，进而得到定标板的复折射率；S3、太赫兹波反射测量获取定标板和被测材料板在同一入射角度下分别反射的太赫兹波反射电场强度；S4、根据定标板的复折射率和太赫兹波反射测量的入射角度，计算定标板在该入射角度下的反射系数；S5、结合定标板和被测材料板反射的太赫兹波反射电场强度与反射系数之间的比例关系，计算被测材料板在该入射角度下的反射系数。优选地，所述步骤S2中计算定标板的复折射率时，将有无定标板作为被测样品时的太赫兹波透射电场强度相比，得到定标板的透射系数表达式为：其中，t1表示所述定标板的透射系数，表示有所述定标板时测得的透射电场强度，表示无所述定标板时测得的透射电场强度，ω表示频率，ρ1(ω)表示有定标板时透射电场强度的幅值，ρ0(ω)表示无定标板时透射电场强度幅值，φ1(ω)表示有定标板时透射电场强度的相位，φ0(ω)表示无定标板时透射电场强度的相位，n0表示无定标板时太赫兹波传播所经过的空间的折射率，表示定标板的复折射率；L表示所述定标板的厚度，c表示光速；利用定标板的透射系数表达式计算得到定标板的复折射率。优选地，所述步骤S4中采用如下方法获取太赫兹波反射测量的入射角度：采用与定标板不同透射率的辅助板，太赫兹波透射测量获取辅助板作为被测样品时的太赫兹波透射电场强度；根据有无辅助板的太赫兹波透射电场强度之比得到辅助板的透射系数，进而得到辅助板的复折射率；太赫兹波反射测量获取与步骤S3中定标板和被测材料板同一入射角度下的辅助板反射的太赫兹波反射电场强度；根据定标板和辅助板反射的太赫兹波反射电场强度与反射系数之间的比例关系以及菲涅尔公式，计算太赫兹波反射测量的入射角度。优选地，所述步骤S5中，定标板和被测材料板反射的太赫兹波反射电场强度与反射系数之间的比例关系包括：所述定标板的反射系数与反射的太赫兹波反射电场强度关系式为：其中，r1p和r1s分别表示太赫兹脉冲以θ0角度入射所述定标板时的p和s两种偏振状态下的反射系数；和分别表示理论上全反射后的p和s两种偏振状态下的反射电场强度；和分别表示测得的经所述定标板反射的p和s两种偏振状态下的反射电场强度；被测材料板的反射系数与反射的太赫兹波反射电场强度关系式为：其中，和分别表示太赫兹脉冲以θ0角度入射被测材料板时的p和s两种偏振状态下的反射系数；和分别表示测得的经被测材料板反射的p和s两种偏振状态下的反射电场强度；进而得到定标板的反射系数与被测材料板的反射系数的关系式为：优选地，还包括：S6、改变太赫兹波入射角度，重复所述步骤S3至S5，计算该入射角度下被测材料板的反射系数。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供了一种太赫兹频段材料反射系数定标测量装置，包括透射测量模块和反射测量模块，该联合透射、反射式的太赫兹光谱测试模块的装置利用定标板所用材料对太赫兹脉冲的同时具备透射、反射性能的特性，在无法准确计量太赫兹脉冲功率的情况下，间接地以定标板的理论反射系数对被测材料板进行反射太赫兹脉冲电场强度的定标，进而确定出太赫兹频段各种材料的反射系数和反射率，尤其是通过本专利技术提出的装置可以获得被测材料在不同太赫兹脉冲入射角度下的反射系数，从而实现了在当前无法准确计量太赫兹脉冲功率的情况下，有效度量各种材料反射性能的最终目的。本专利技术还提供了一种太赫兹频段材料反射系数定标测量方法，该方法通过测量有无定标板的透射式太赫兹时域光谱，计算出定标板的复折射率，结合测量的定标板和被测材料板的反射式太赫兹时域光谱，得到定标板的反射系数，进一步解算出被测材料板的反射系数。该方法能够快速、便捷地获取被测材料板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹频段材料反射系数定标测量装置，其特征在于，包括：定标板、透射测量模块、反射测量模块和计算模块；所述透射测量模块用于通过太赫兹波透射测量获得有无所述定标板的太赫兹波透射电场强度；所述反射测量模块用于通过太赫兹波反射测量获取所述定标板和被测材料板在同一入射角度下反射的太赫兹波反射电场强度；所述计算模块用于根据有无所述定标板的太赫兹波透射电场强度得出所述定标板的复折射率，并结合所述定标板和被测材料板反射的太赫兹波反射电场强度之比和入射角度，解算所述被测材料板在该入射角度下的反射系数和反射率。

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹频段材料反射系数定标测量装置，其特征在于，包括：定标板、透射测量模块、反射测量模块和计算模块；所述透射测量模块用于通过太赫兹波透射测量获得有无所述定标板的太赫兹波透射电场强度；所述反射测量模块用于通过太赫兹波反射测量获取所述定标板和被测材料板在同一入射角度下反射的太赫兹波反射电场强度；所述计算模块用于根据有无所述定标板的太赫兹波透射电场强度得出所述定标板的复折射率，并结合所述定标板和被测材料板反射的太赫兹波反射电场强度之比和入射角度，解算所述被测材料板在该入射角度下的反射系数和反射率。2.根据权利要求1所述的太赫兹频段材料反射系数定标测量装置，其特征在于：所述反射测量模块包括气室、基板、太赫兹波发射模块、太赫兹波接收模块和样品支架；所述基板设于所述气室内，所述基板上设有弓形导轨；所述样品支架设于所述弓形导轨的圆心处，用于放置被测样品；所述太赫兹波发射模块和所述太赫兹波接收模块分别通过一个直轨设于所述弓形导轨，两个所述直轨均一端固定于所述弓形导轨的圆心处，一端跨过所述弓形导轨并能够沿所述弓形导轨弧的切向移动，用于带动所述太赫兹波发射模块和所述太赫兹波接收模块围绕所述样品支架做圆周运动。3.根据权利要求1所述的太赫兹频段材料反射系数定标测量装置，其特征在于：所述透射测量模块包括太赫兹波发射天线、第一至第四抛物面镜、硅片、电光晶体、四分之一波片、聚焦透镜、渥拉斯顿棱镜和差分光电探测器；所述太赫兹波发射天线用于接收泵浦激光并激发产生太赫兹脉冲；所述第一抛物面镜用于接收太赫兹脉冲并准直，第二抛物面镜用于将准直的太赫兹脉冲聚焦形成放置被测样品的聚焦测量点；第三抛物面镜用于将通过聚焦测量点后的太赫兹脉冲再次准直，第四抛物面镜用于将再次准直的太赫兹脉冲汇聚；所述硅片用于反射外来的探测光束，并将探测光束与穿过所述硅片的太赫兹脉冲汇聚于电光晶体，形成太赫兹电场调制后的激光；所述四分之一波片用于对调制后的激光中的寻常光和非常光引入π/2的相位差，所述聚焦透镜用于将引入相位差的激光汇聚，所述渥拉斯顿棱镜用于使汇聚的激光分束并分别汇聚于所述差分光电探测器，所述差分光电探测器用于对被测样品的太赫兹信号进行差分解调探测。4.根据权利要求1所述的太赫兹频段材料反射系数定标测量装置，其特征在于：所述定标板为高阻硅片或聚四氟乙烯片。5.一种太赫兹频段材料反射系数定标测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、太赫兹波透射测量分别获取有无定标板作为被测样品时的太赫兹波透射电场强度；S2、根据获取的有无定标板时的太赫兹波透射电场强度之比得到定标板的透射系数，进而得到定标板的复折射率；S3、太赫兹波反射测量获取定标板和被测材料板在同一入射角度下分别反射的太赫兹波反射电场强度；S4、...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙金海，蔡禾，张景，郑岩，张旭涛，刘永强，巢增明，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11