一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计及其测试方法技术

本发明专利技术揭示了一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计及其测试方法，所述可视化太赫兹功率计包括随THz强度的改变产生肉眼可见颜色区域变化的胶囊型胆甾相液晶薄膜，所述胶囊型胆甾相液晶薄膜包括三层结构，由上往下依次为丙烯酸树脂膜、胆甾相液晶和炭黑。该设备和测试方法都比较简便高效，尤其能够探测强THz波功率，利用胆甾相液晶的热色效应和热扩散效应来量化由THz吸收引起的颜色变化区域尺寸的增加。该设备不受颜色变化饱和的限制，并且稳定实用，不需要任何额外的组件来测量温度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计及其测试方法
本专利技术涉及一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计及其测试方法，可用于

技术介绍
太赫兹(terahertz，THz)波是频率在0.1-10THz(1THz＝1012Hz，对应波长是3000-30μm)之间的电磁波。由于THz波具有独特优势：较低的光子能量，适合对生物组织进行活体检查；很多凝聚态物质和生物大分子的骨架振动和转动能级、许多分子间弱的相互作用(氢键等)都处于THz频带；许多非金属、非极性材料对THz波的吸收较小，具有高透性；与可见光和红外线相比，THz波同时具有极高的方向性和较强的云雾穿透能力，能实现Gbit/s以上的无线传输速率，受环境噪声干扰小等，使得处于当今世界交叉学科前沿的THz科学技术，在安全检查、生物医学、无损探测、高速通信诸多领域具有重要的应用前景。作为THz系统的关键核心器件THz探测器，对其性能的提升和研发新型THz探测器至关重要。当前各类THz探测器中，非相干探测仅能探测THz强度，相干探测需要本地振荡信号源；而另一种对THz超短脉冲的时域测量常采用光电导天线采样或利用非线性晶体的电光探测方法；THz近场探测，一般还需探针。以上主要都以电学探测为主，所需电路系统结构复杂，成本昂贵，应用范围受到一定限制，且许多性能指标已接近理论极限。基于热效应的高莱探测器(GolayCell)可以通过光学方法间接地测量THz辐射，其响应波段宽，且能在室温下工作，但使用时为确保其气室中气体的稳定性，位置相对固定，最大探测功率也比较低，例如目前TYDEX公司的一款基于Golay的THz功率计仅达10μW，且反应时间长，一般只用于辐射变化缓慢的场合。目前急需一种成本低，结构简单，有广泛市场的新型THz探测器。受益于可见光波段高灵敏的探测技术，可把THz辐射转换为可见光，通过分析可见光的变化特性得到THz波的频率、振幅、相位和偏振等多参量相关特性。因此，通过光学方法测量THz辐射，仍有很大的空间可以开拓。近年来，已经出现了使用胆甾型液晶(CLC)的替代热检测技术。keilmann和Renk首次展示了用于337μm辐射的CLC成像仪。Woolard等人报道了一种用于太赫兹量子级联激光器的CLC成像仪，但两者都是单频THz辐射，实用性能低。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计及其测试方法。本专利技术的目的将通过以下技术方案得以实现：一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计，所述可视化太赫兹功率计包括随THz强度的改变产生肉眼可见颜色区域变化的胶囊型胆甾相液晶薄膜，所述胶囊型胆甾相液晶薄膜包括三层结构，由上往下依次为丙烯酸树脂膜、胆甾相液晶和炭黑。优选地，所述胆甾相液晶分散在有机溶剂中，直接涂覆在丙烯酸树脂层上。优选地，所述炭黑粘附在胆甾相液晶的背面。优选地，所述胆甾相液晶的直径为10～20μm的液滴胶囊。本专利技术还揭示了一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计的测试方法，该方法包括如下步骤：S1：采用热释电探测器对太赫兹计的辐射功率进行校准；S2：采用智能装置对不同THz功率下的图像进行图像拍摄；S3：利用ImageJ软件对S2步骤得到的基于色调的CCLCF图像进行分析处理，对所得图像的色调值进行提取，对色调值进行量化分析，即得到量化颜色变化的图像，通过CCLCF颜色变化的区域来量化THz波强度得到与THz功率的对应关系。优选地，在所述S2步骤中，所述智能装置为带有蓝牙的智能装置。优选地，在所述S3步骤中，所述软件为ImageJ软件。优选地，在所述S3步骤中，THz场阈值约为0.07mW，此时可以产生肉眼可见的颜色变化，当大于该阈值时，颜色变化直径与THz功率具有近似线性的关系。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：利用温度敏感的CLC的热致变色效应和热扩散效应，通过CCLCF颜色变化的区域来量化THz波强度，且这种变化肉眼可见，因此不需要任何额外的电子设备、电源或连接电缆，这种设备结构简单，便于制备携带。在高THz功率密度下，热色效应和热扩散效应始终同时存在于CLC中。因此，该设备不受颜色变化饱和的限制。这种热检测技术具有稳定、实用、易于研究的特点。制备的CCLCF薄膜具有柔韧性和压力不敏感性，因此易于扩展操作，制备方法简便、高效，在室温下使用方便、有效，器件性能稳定，各项指标均达到太赫兹光子器件的实用要求。本专利技术为一种能实现测量非常高的THz功率密度的太赫兹波功率计，该功率计可以在较宽的频率范围内检测THz强度，在THz成像、生物传感和检测等领域具有广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术的一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计CCLCF的示意图。图2为本专利技术的温度对CCLCF的THz吸收光谱的影响图。图3为本专利技术的基于CCLCF对一种太赫兹源的功率进行测试的测试系统图。图4为本专利技术的基于CCLCF对一种太赫兹源的功率进行测试示意图，THz光束通过离轴抛物面镜(PM)被聚焦到CCLCF上。图5为本专利技术的基于CCLCF对一种太赫兹源的功率进行测试示意图，测量的THz瞬态波形和其傅立叶频谱特性。图6为本专利技术的使用带有蓝牙的智能手机相机在不同太赫兹强度下拍摄的示意图。图7为本专利技术的显示不同太赫兹波辐照时间下的颜色变化情况。图8为本专利技术的显示不同太赫兹波辐照时间下的颜色变化情况。图9为本专利技术的当太赫兹辐射1秒时，THz功率与瞬态颜色变化面积之间的关系图。具体实施方式本专利技术的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本专利技术技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本专利技术要求保护的范围之内。本专利技术揭示了一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计，所述可视化太赫兹功率计包括随THz强度的改变产生肉眼可见颜色区域变化的胶囊型胆甾相液晶薄膜，所述胶囊型胆甾相液晶薄膜10包括三层结构，由上往下依次为丙烯酸树脂膜1、胆甾相液晶2和炭黑3。所述胶囊型胆甾相液晶薄膜简称为CCLCF(CapsulizedCholestericLiquidCrystalFilm)。所述胆甾相液晶分散在有机溶剂中，直接涂覆在丙烯酸树脂层上，所述炭黑粘附在胆甾相液晶的背面，所述胆甾相液晶的直径为10～20μm的液滴胶囊。本专利技术还揭示了一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计的测试方法，该方法包括如下步骤：S1：采用热释电探测器对太赫兹计的辐射功率进行校准；S2：采用智能装置对不同THz功率下的图像进行图像拍摄；在所述S2步骤中，所述智能装置为带有蓝牙的智能装置。S3：利用ImageJ软件对S2步骤得到的基于色调的CCLCF图像进行分析处理，对所得图像的色调值进行提取，对色调值进行量化分析，即得到量化颜色变化的图像，通过CCLCF颜色变化的区域来量化THz波强度得到与THz功率的对应关系。在所述S3步骤中，所述软件为ImageJ软件，THz场阈值约为0.07mW，此时可以产生肉眼可见的颜色变化，当大于该阈值时，颜色变化直径与THz功率具有近似线性的关系。CLC具有螺旋结构的固有自组织能力，其螺距取决于温度，而选择性反射波长取决于螺距。太赫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计，其特征在于：所述可视化太赫兹功率计包括随THz强度的改变产生肉眼可见颜色区域变化的胶囊型胆甾相液晶薄膜，所述胶囊型胆甾相液晶薄膜包括三层结构，由上往下依次为丙烯酸树脂膜(1)、胆甾相液晶(2)和炭黑(3)。

【技术特征摘要】
1.一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计，其特征在于：所述可视化太赫兹功率计包括随THz强度的改变产生肉眼可见颜色区域变化的胶囊型胆甾相液晶薄膜，所述胶囊型胆甾相液晶薄膜包括三层结构，由上往下依次为丙烯酸树脂膜(1)、胆甾相液晶(2)和炭黑(3)。2.根据权利要求1所述的一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计，其特征在于：所述胆甾相液晶分散在有机溶剂中，直接涂覆在丙烯酸树脂层(1)上。3.根据权利要求1所述的一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计，其特征在于：所述炭黑(3)粘附在胆甾相液晶(2)的背面。4.根据权利要求1所述的，其特征在于：所述胆甾相液晶(2)的直径为10～20μm的液滴胶囊。5.一种基于胆甾相液晶的可视化太赫兹功率计的测试方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：S1：采用热释电探测器对太赫兹计的辐射功率进行校准；S2：采用智能装置对...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，肖芮文，姜浩研，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32