一种基于双光束的太赫兹时域光谱检测系统与方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于双光束的太赫兹时域光谱检测系统与方法，其中系统包括产生飞秒脉冲的激光器，在光路上设置有：第一分束镜，将飞秒脉冲分成两束，一束为泵浦光，另一束为探测光；第二分束镜，位于泵浦光的光路上，将泵浦光分为具有相同能量的两束泵浦光；两组太赫兹发生器模块，分别设置在两束泵浦光的光路上，用于产生两束太赫兹信号，分别用于检测参考和样品；两组太赫兹探测器，分别用于接受参考和样品发出的太赫兹信号并输出；第三分束镜，位于所述探测光的光路上，将探测光分为具有相同能量的两束泵浦光，分别进入两组太赫兹探测器内。本发明专利技术在样品检测中，实现对参考信号和样品信号的同时检测，有效提高了太赫兹时域光谱的检测效率。

A THz Time Domain Spectrum Detection System and Method Based on Two Beams

The invention discloses a terahertz time-domain spectral detection system and method based on two beams, in which the system includes a laser that generates femtosecond pulses. On the optical path, the first beam splitter divides femtosecond pulses into two beams, one is a pump beam and the other is a probe beam. The second beam splitter, located on the optical path of the pump beam, divides the pump beam into two pumps with the same energy. Pump light; two groups of terahertz generator modules are respectively arranged on the optical path of two pumping light beams to generate two terahertz signals for detecting reference and sample; two groups of terahertz detectors are used to receive terahertz signals from reference and sample and output them respectively; and the third beam splitter is located on the optical path of the detection light, which divides the detection light into the same energy. Two pumped beams enter two groups of terahertz detectors respectively. The invention realizes simultaneous detection of reference signal and sample signal in sample detection, and effectively improves the detection efficiency of terahertz time domain spectrum.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双光束的太赫兹时域光谱检测系统与方法
本专利技术涉及太赫兹检测领域，具体涉及一种基于双光束的太赫兹时域光谱检测系统与方法。
技术介绍
太赫兹时域光谱技术，即通过太赫兹时域光谱系统获得物质太赫兹波段的透射或反射谱信息，并进一步对光谱进行分析比较，已被广泛的应用于医疗和生物研究领域。尤其鉴于太赫兹指纹谱特性，太赫兹光谱技术已成为未来物质鉴别、分级及探测最有潜力的技术之一。目前，太赫兹时域光谱系统采用单光束检测。校零和测量时，需要分两次将空白和样品放入样品池架中进行测量，操作起来较为繁琐。由于水分对于检测结果影响较大，每次检测之前需要往样品仓充氮气以除水分，此操作较为费时。为了提高检测效率，太赫兹时域光谱的检测方法需要改进。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供一种基于双光束的太赫兹时域光谱检测系统与方法，可在样品检测中，实现对参考信号和样品信号的同时检测，有效提高了太赫兹时域光谱的检测效率。一种基于双光束的太赫兹时域光谱检测系统，包括产生飞秒脉冲的激光器，在所述激光器的光路上设置有：第一分束镜，将飞秒脉冲分成两束，一束为泵浦光，另一束为探测光；第二分束镜，位于所述泵浦光的光路上，将所述泵浦光分为具有相同能量的两束泵浦光；两组太赫兹发生器模块，分别设置在两束泵浦光的光路上，用于产生两束太赫兹信号，分别用于检测参考和样品；两组太赫兹探测器，分别用于接受所述参考和样品发出的太赫兹信号并输出；第三分束镜，位于所述探测光的光路上，将所述探测光分为具有相同能量的两束泵浦光，分别进入所述两组太赫兹探测器内。在所述泵浦光的光路上，设置由音圈电机驱动的第一后向棱镜反射镜。在所述探测光的光路上，设置由步进电机驱动的第一后向棱镜反射镜。本技术方案中，还包括输送所述样品的自动进样及换样装置，包括：工作台，内设有检测位；转动安装在所述工作台内的送样轮盘，边缘设置至少一样品槽，送样轮盘转动带动样品槽内的待测样本进入所述的检测位；向所述样品槽输送待测样本的样本槽；位于所述工作台一侧的集样盒，收集所述工作台内输出的已检测样本；以及带动所述送样轮盘转动的驱动机构。所述的自动进样及换样装置安装在太赫兹光谱仪的样品仓里，可提高太赫兹时域光谱对样品的检测效率，减少了繁琐的取样过程。利用上述的自动进样及换样装置，可以实现自动将待测样本放到指定位置以及自动有序更换检测样本，解决了手动更换样本的效率低的问题。所述的工作台内设有腔室，送样轮盘位于所述的腔室内，与所述检测位对应的腔室底部设有检测孔；所述腔室的一侧设有与所述集样盒连接的输出通道，所述输出通道的底部设有延伸至腔室内的输出斜面。所述的工作台内设有三个工位，分别为：进样位，与样本槽的位置对应，用于接受样本槽输出的待测样本；检测位，底部设有所述的检测孔；出样位，连接所述的输出通道，已检测样本在出样位经输出斜面进入集样盒内；转动的送样轮盘边缘的样品槽依次通过所述的进样位、检测位和出样位。所述的驱动机构包括由工作台底部伸入并与所述送样轮盘联动的第一转轴，与所述第一转轴平行的第二转轴，以及驱动所述第二转轴转动的驱动组件；所述第一转轴的中部安装有槽轮，第二转轴上设有与所述槽轮啮合的缺口圆盘。所述槽轮的边缘设有若干与所述缺口圆盘贴合的弧面，相邻两弧面间设有一啮合槽；所述的缺口圆盘上具有与所述啮合槽配合带动所述槽轮转动的销柱，所述缺口圆盘的边缘设有一缺口，由所述缺口延伸出有转臂，销柱位于该转臂的端部。优选的，所述的驱动组件为与所述第二转轴连接的步进电机。本专利技术还提供一种基于双光束的太赫兹时域光谱检测方法，利用上述的太赫兹时域光谱检测系统实现，包括以下步骤：(1)激光器产生飞秒脉冲，经第一分束镜分成两束，一束为泵浦光，另一束为探测光；(2)泵浦光经过反射镜将光束打入后向反射镜，后向反射镜装配在音圈电机上进行快速延迟扫描；(3)泵浦光经过第二分束镜分为具有相同能量的两束泵浦光，两束泵浦光经过相同的光程分别打在两个太赫兹发生器模块上产生两束太赫兹信号，两束太赫兹光束分别用于检测参考和样品，太赫兹光束经过抛物镜聚焦于被测物，再经过抛物镜入射至对应的太赫兹探测器上进行接收；(4)探测光经过多个反射镜将光打入后向反射镜，后向反射镜装配在步进电机滑轨上，进行长距离的光程调整；(5)探测光经过第三分束镜分为具有相同能量的两束探测光，两束探测光经过相同的光程打在太赫兹探测器上用于探测两束太赫兹信号；(6)两个太赫兹探测器模块同时输出电信号并进行处理。本专利技术在样品检测中，实现对参考信号和样品信号的同时检测，有效提高了太赫兹时域光谱的检测效率。附图说明图1为本次专利技术的基于双光束的太赫兹时域光谱系统的光路图；图2为本专利技术中自动进样及换样装置的结构图；图3为工作端与槽轮机构的相对位置关系图，其中a为俯视图，b为仰视图；图4为工作台与送样轮盘以及集样盒的组装图；图5为槽轮机构的俯视图；图6为工作台的结构图。具体实施方式下面结合实施例和附图来详细说明本专利技术，但本专利技术并不仅限于此。本实施例中基于双光束的太赫兹时域光谱检测系统光路图如图1，包括飞秒激光器1-1，反射镜1-2，第一分束镜1-3，反射镜1-4，第一后向棱镜反射镜1-5，音圈电机1-6，反射镜1-7，第二分束镜1-8，太赫兹发生器模块1-9，太赫兹探测器1-10，抛物镜1-11，反射镜1-12，反射镜1-13，第二后向棱镜反射镜1-14，步进电机，反射镜1-15，第三分束镜1-16和反射镜1-17。飞秒激光器1-1用于产生飞秒脉冲，以自由空间方式传输，经反射镜1-2进行光路的调整，主要进行水平和垂直方向的调整。第一分束镜1-3用于将飞秒脉冲分成两束，一束为泵浦光，另一束为探测光。第一后向棱镜反射镜1-5，位于泵浦光的光路上，泵浦光经过反射镜将光束打入第一后向棱镜反射镜1-5，第一后向棱镜反射镜1-5装配在音圈电机1-6上进行快速延迟扫描。第二分束镜1-8，用于将泵浦光分为具有相同能量的两束泵浦光，两束泵浦光经过相同的光程打在太赫兹发生器模块1-9上产生两束太赫兹信号。本实施例中，太赫兹发生器模块1-9由聚焦透镜，二维调整架和硅透镜组成，聚焦透镜可通过z轴调整架进行调整。二维调整架用于调整太赫兹天线位置。太赫兹发生器天线采用低温生长的砷化镓。两束太赫兹光束分别用于检测参考和样品，太赫兹光束经过抛物镜1-11聚焦于被测物，再经过抛物镜入射至对应的太赫兹探测器1-10上进行接收。探测光经过多个反射镜将光打入第二后向棱镜反射镜1-14，第二后向棱镜反射镜1-14装配在步进电机滑轨上，进行长距离的光程调整。第三分束镜1-16用于将探测光分为具有相同能量的两束，两束探测光经过相同的光程打在太赫兹探测器1-10上用于探测两束太赫兹信号。本实施例中，太赫兹探测器1-10与太赫兹发生器模块1-9结构相同，包含一个聚焦透镜和二维调整架和硅透镜，光导天线也采用低温生长的砷化镓。如图2～6所示的自动上样以及换样装置，用于向太赫兹时域光谱检测系统输送样品，实现自动上样以及换样。包括控制端14、工作端8和置于两部分之间的槽轮机构10三大部分。其中控制端14包括步进电机、单片机以及控制程序；槽轮机构10包括缺口圆盘13、转臂12、销柱11以及槽轮9；工作端8包括工作台17、样本槽1、送样轮盘3以及集样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双光束的太赫兹时域光谱检测系统，包括产生飞秒脉冲的激光器，其特征在于，在所述激光器的光路上设置有：第一分束镜，将飞秒脉冲分成两束，一束为泵浦光，另一束为探测光；第二分束镜，位于所述泵浦光的光路上，将所述泵浦光分为具有相同能量的两束泵浦光；两组太赫兹发生器模块，分别设置在两束泵浦光的光路上，用于产生两束太赫兹信号，分别用于检测参考和样品；两组太赫兹探测器，分别用于接受所述参考和样品发出的太赫兹信号并输出；第三分束镜，位于所述探测光的光路上，将所述探测光分为具有相同能量的两束泵浦光，分别进入所述两组太赫兹探测器内。

【技术特征摘要】
1.一种基于双光束的太赫兹时域光谱检测系统，包括产生飞秒脉冲的激光器，其特征在于，在所述激光器的光路上设置有：第一分束镜，将飞秒脉冲分成两束，一束为泵浦光，另一束为探测光；第二分束镜，位于所述泵浦光的光路上，将所述泵浦光分为具有相同能量的两束泵浦光；两组太赫兹发生器模块，分别设置在两束泵浦光的光路上，用于产生两束太赫兹信号，分别用于检测参考和样品；两组太赫兹探测器，分别用于接受所述参考和样品发出的太赫兹信号并输出；第三分束镜，位于所述探测光的光路上，将所述探测光分为具有相同能量的两束泵浦光，分别进入所述两组太赫兹探测器内。2.如权利要求1所述的基于双光束的太赫兹时域光谱检测系统，其特征在于，在所述泵浦光的光路上，设置由音圈电机驱动的第一后向棱镜反射镜。3.如权利要求1所述的基于双光束的太赫兹时域光谱检测系统，其特征在于，在所述探测光的光路上，设置由步进电机驱动的第一后向棱镜反射镜。4.如权利要求1所述的基于双光束的太赫兹时域光谱检测系统，其特征在于，还包括输送所述样品的自动进样及换样装置，包括：工作台，内设有检测位；转动安装在所述工作台内的送样轮盘，边缘设置至少一样品槽，送样轮盘转动带动样品槽内的待测样本进入所述的检测位；向所述样品槽输送待测样本的样本槽；位于所述工作台一侧的集样盒，收集所述工作台内输出的已检测样本；以及带动所述送样轮盘转动的驱动机构。5.如权利要求4所述的基于双光束的太赫兹时域光谱检测系统，其特征在于，所述的工作台内设有腔室，送样轮盘位于所述的腔室内，与所述检测位对应的腔室底部设有检测孔；所述腔室的一侧设有与所述集样盒连接的输出通道，所述输出通道的底部设有延伸至腔室内的输出斜面。6.如权利要求5所述的基于双光束的太赫兹时域光谱检测系统，其特征在于，所述的工作台内设有三个工位，分别为：进样位，与样本槽的位置对应，用于接受样本槽输出的待测样本；检测位，底部设有所述的检测孔；出样...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂鹏程，蔡铖勇，张慧，蔺磊，瞿芳芳，董涛，刘宵希，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33