一种光探测集成系统技术方案

本申请提供了一种光探测集成系统。该系统包括飞秒激光器和倍频器，飞秒激光器经过倍频器后，能够获得多波长，用于后续的飞秒激光探测、光泵浦以及太赫兹波的产生和探测。所述光探测集成系统还包括飞秒激光光路、光泵浦光路、太赫兹产生光路、太赫兹探测光路以及样品和探测单元，由于将多个光路集成在一起，从而能够在一个系统中，通过控制不同光路的断开和通过，实现不同功能，包括飞秒激光探测、光泵浦、太赫兹产生以及太赫兹波的探测等功能，将多波长超快激光探测、多波长超快光泵浦‑可见光探测、太赫兹时域光谱测量、多波长超快光泵浦‑太赫兹探测等结构集成在一起，为科研人员提供一种更方便、更全面的样品物性测试系统。

【技术实现步骤摘要】
一种光探测集成系统
本专利技术涉及光探测
，尤其涉及一种光探测集成系统。
技术介绍
多波长指的是多种波长范围，频率从100GHz到30000GHz波段的电磁波谱，其中包含了0.1THz到10THz的太赫兹波段。此波段具有很高的时间和空间相干性。结合太赫兹波时域脉冲特性发展起来的时域光谱技术可以直接方便地，测试电介质材料、半导体材料、气体分子、生物大分子以及超导材料等，记录其电场的振幅时间波形，由傅里叶变换同时得到其振幅和相位的光谱分布，一次成像可以得到这些被测样品的多种信息。超快光泵浦-太赫兹波探测光谱，也称为时间分辨太赫兹波光谱，是在太赫兹波时域光谱的基础上发展而来，通过泵浦光激发样品中载流子，会发生载流子的产生和复合过程，通过改变泵浦激光和太赫兹波之间的时间延迟，则可以测出样品在不同阶段的瞬时时域信号值，通过对复合的过程进行指数拟合，则可以得到载流子的寿命。时间分辨太赫兹波光谱的能够探测的载流子寿命范围大概在100fs量级到2ns量级，具有高时间分辨率、宽探测范围等优良特性。随着飞秒激光的发展，其能量高、可变波长范围广、在倍频器或差频器的作用下可实现不同波长调节，并且有足够的能量激发样品，能够更精确、更快速的得到样品的信息。现有的系统技术中，大多数使用波长较为单一的频段，频段较窄，覆盖范围比较有限。并且，现在的测试系统中，功能较为单一，即测试方式比较单一，不能在一个系统中实现不同的测试，更不能同时实现几个测试。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种光探测集成系统，以解决现有技术中波长单一、频段较窄、测试系统功能单一，无法满足人们需求的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种光探测集成系统，包括：飞秒激光器、倍频器、分束单元、飞秒激光光路、光泵浦光路、太赫兹波产生光路、太赫兹波探测光路、样品和探测单元；飞秒激光器发出的光经过倍频器后，再经过分束单元分为至少4路光，分别为第一束光、第二束光、第三束光和第四束光；其中，所述第一束光进入所述飞秒激光光路照射至所述样品上，经过所述样品反射后被探测单元探测，进行飞秒激光探测；所述第二束光进入所述光泵浦光路照射至所述样品上，实现光泵浦；所述第三束光进入所述太赫兹波产生光路用于产生太赫兹波，所述太赫兹波聚焦至所述样品上，经过所述样品透射后被探测单元探测；所述第四束光进入所述太赫兹波探测光路，直接被探测单元探测，用于探测太赫兹波信息。优选地，所述分束单元包括第一光学分束镜、第二光学分束镜和第三光学分束镜；其中，所述第一光学分束镜、所述第二光学分束镜和所述第三光学分束镜均用于将入射至光学分束镜的一束光分为反射光和透射光两束光；所述第一光学分束镜、所述第二光学分束镜和所述第三光学分束镜沿所述倍频器出射光轴依次分布；所述第一光学分束镜将倍频器出射的光进行分束，得到所述第一束光；所述第二光学分束镜接收经过所述第一分束镜的出射的光，并进行分束，得到所述第二束光；所述第三光学分束镜接收经过所述第二分束镜的出射的光，并进行分束，得到所述第三束光和所述第四束光。优选地，所述飞秒激光光路包括：第一反射镜、第二反射镜；所述探测单元包括激光探测器；所述第一反射镜和所述第二反射镜将所述第一束光反射至所述样品的表面，经过所述样品的反射后，再经过第三反射镜反射至激光探测器中。优选地，所述光泵浦光路包括：第一时间延迟线、第一斩波器和锁相放大器，所述探测单元包括激光探测器；所述锁相放大器将所述第一斩波器与所述激光探测器电性连接，用于采用所述第一斩波器的频率输出作为参考信号，记录由所述激光探测单元探测的电流信号或电压信号；所述第二束光经过所述第一时间延迟线和所述第一斩波器后照射至所述样品的表面，实现光泵浦。优选地，所述太赫兹波产生光路包括：第二时间延迟线、第二斩波器、锁相放大器、太赫兹波产生单元、第一聚焦单元和第二聚焦单元；所述探测单元包括：太赫兹波探测单元；所述锁相放大器将所述第二斩波器与所述太赫兹波探测单元电性连接，用于采用所述第二斩波器的频率输出作为参考信号，记录由所述太赫兹波探测单元探测的电流信号或电压信号；所述第三束光经过所述第二时间延迟线和所述第二斩波器入射至所述太赫兹波产生单元，产生太赫兹波；所述太赫兹波经过所述第一聚焦单元聚焦至所述样品表面，与所述样品发生作用，透射的太赫兹波携带着样品信息，经过所述第二聚焦单元汇聚至所述太赫兹波探测单元，所述太赫兹波探测单元用于探测所述透射的太赫兹波。优选地，所述第一聚焦单元包括抛物面相对设置的两个离轴抛物面镜组成的第一离轴抛物面镜组，所述第二聚焦单元包括抛物面相对设置的两个离轴抛物面镜组成的第二离轴抛物面镜组。优选地，所述太赫兹波探测单元包括：共轴且沿光轴依次设置的太赫兹波探测子单元、λ/4波片、沃拉斯顿棱镜和光电平衡探测器；其中，所述光电平衡探测器与所述锁相放大器电性相连。优选地，所述太赫兹波探测光路包括：第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜，所述第四反射镜、所述第五反射镜和所述第六反射镜将所述第四束光反射至所述太赫兹波探测单元，用于对所述太赫兹波进行采样探测。优选地，还包括变温变电场变磁场系统和样品台；所述样品台用于承载所述样品，所述样品台为三维扫描位移台；所述变温变电场变磁场系统包括：变温装置、变电场装置和变磁场装置；其中，所述变温装置包括液氦杜瓦、加热装置及温度反馈装置，所述温度反馈装置连接所述液氦杜瓦和所述加热装置，用于反馈温度，所述样品台位于所述变温装置中，所述变温装置为所述样品台上的所述样品提供可变温度场；所述变电场装置包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极位于所述样品台表面，并分别与外部电源电性连接，用于为所述样品台上的所述样品提供可变电场；所述变磁场装置包括线圈或超导磁体，所述线圈或所述超导磁体为所述样品台上的所述样品提供可变磁场。优选地，还包括封闭的真空系统，所述真空系统用于为所述太赫兹波产生光路和太赫兹波探测光路，以及变温变电场变磁场系统提供真空环境。经由上述的技术方案可知，本专利技术提供的光探测集成系统，包括飞秒激光器和倍频器，飞秒激光器经过倍频器后，能够获得多波长，用于后续的飞秒激光探测、光泵浦以及太赫兹波的产生和探测。所述光探测集成系统还包括飞秒激光光路、光泵浦光路、太赫兹波产生光路、太赫兹波探测光路以及样品和探测单元，由于将多个光路集成在一起，从而能够在一个系统中，通过控制不同光路的断开和通过，实现不同功能，包括飞秒激光探测、光泵浦、太赫兹波产生以及太赫兹波的探测等功能，为科研人员提供一种更方便、更全面的样品物性测试系统。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种光探测集成系统框架结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种光探测集成系统的具体结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种变温变电场变磁场系统和样品台结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光探测集成系统，其特征在于，包括：飞秒激光器(1)、倍频器(2)、分束单元(3)、飞秒激光光路(4)、光泵浦光路(5)、太赫兹波产生光路(6)、太赫兹波探测光路(7)、样品(9)和探测单元(10)；飞秒激光器(1)发出的光经过倍频器(2)后，再经过分束单元(3)分为至少4路光，分别为第一束光、第二束光、第三束光和第四束光；其中，所述第一束光进入所述飞秒激光光路(4)照射至所述样品(9)上，经过所述样品(9)反射后被探测单元(10)探测，进行飞秒激光探测；所述第二束光进入所述光泵浦光路(5)照射至所述样品(9)上，实现光泵浦；所述第三束光进入所述太赫兹波产生光路(6)用于产生太赫兹波，所述太赫兹波聚焦至所述样品(9)上，经过所述样品(9)透射后被探测单元(10)探测；所述第四束光进入所述太赫兹波探测光路(7)，直接被探测单元(10)探测，用于探测太赫兹波信息。

【技术特征摘要】
1.一种光探测集成系统，其特征在于，包括：飞秒激光器(1)、倍频器(2)、分束单元(3)、飞秒激光光路(4)、光泵浦光路(5)、太赫兹波产生光路(6)、太赫兹波探测光路(7)、样品(9)和探测单元(10)；飞秒激光器(1)发出的光经过倍频器(2)后，再经过分束单元(3)分为至少4路光，分别为第一束光、第二束光、第三束光和第四束光；其中，所述第一束光进入所述飞秒激光光路(4)照射至所述样品(9)上，经过所述样品(9)反射后被探测单元(10)探测，进行飞秒激光探测；所述第二束光进入所述光泵浦光路(5)照射至所述样品(9)上，实现光泵浦；所述第三束光进入所述太赫兹波产生光路(6)用于产生太赫兹波，所述太赫兹波聚焦至所述样品(9)上，经过所述样品(9)透射后被探测单元(10)探测；所述第四束光进入所述太赫兹波探测光路(7)，直接被探测单元(10)探测，用于探测太赫兹波信息。2.根据权利要求1所述的光探测集成系统，其特征在于，所述分束单元(3)包括第一光学分束镜(3a)、第二光学分束镜(3b)和第三光学分束镜(3c)；其中，所述第一光学分束镜(3a)、所述第二光学分束镜(3b)和所述第三光学分束镜(3c)均用于将入射至光学分束镜的一束光分为反射光和透射光两束光；所述第一光学分束镜(3a)、所述第二光学分束镜(3b)和所述第三光学分束镜(3c)沿所述倍频器(2)出射光轴依次分布；所述第一光学分束镜(3a)将倍频器(2)出射的光进行分束，得到所述第一束光；所述第二光学分束镜(3b)接收经过所述第一分束镜(3a)的出射的光，并进行分束，得到所述第二束光；所述第三光学分束镜(3c)接收经过所述第二分束镜(3b)的出射的光，并进行分束，得到所述第三束光和所述第四束光。3.根据权利要求1所述的光探测集成系统，其特征在于，所述飞秒激光光路(4)包括：第一反射镜(5d)、第二反射镜(5e)；所述探测单元(10)包括激光探测器(101)；所述第一反射镜(5d)和所述第二反射镜(5e)将所述第一束光反射至所述样品(9)的表面，经过所述样品(9)的反射后，再经过第三反射镜(5f)反射至激光探测器(101)中。4.根据权利要求1所述的光探测集成系统，其特征在于，所述光泵浦光路(5)包括：第一时间延迟线(4a)、第一斩波器(6a)和锁相放大器(11)，所述探测单元(10)包括激光探测器(101)；所述锁相放大器(11)将所述第一斩波器(6a)与所述激光探测器(101)电性连接，用于采用所述第一斩波器(6a)的频率输出作为参考信号，记录由所述激光探测单元(101)探测的电流信号或电压信号；所述第二束光经过所述第一时间延迟线(4a)和所述第一斩波器(6a)后照射至所述样品(9)的表面，实现光泵浦。5.根据权利要求1所述的光探测集成系统，其特征在于，所述太赫兹波产生光路(6)包括：第二时间延迟线...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆亚林，黄秋萍，程浩，何泓川，赵毅，林晓霞，杨萌萌，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34