利用太赫兹时域光谱技术检测晶体生长环境的方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种利用太赫兹时域光谱技术检测晶体生长环境的系统及方法。所述方法包括：选择晶体样品；利用太赫兹时域光谱系统对氮气进行测试，获得太赫兹波时域波形作为参考信号；将晶体样品放置在夹持台上，通过移动三维样品台的位置，改变光斑在晶体样品上的位置，当太赫兹波垂直入射在晶体样品的中心位置时，得到太赫兹波时域波形，作为晶体样品的测试信号；对参考信号和测试信号进行傅立叶变换，生成参考信号和测试信号的太赫兹频域信息；根据参考信号和测试信号的太赫兹频域信息，得到晶体样品的吸收系数，进一步生成晶体样品的吸收图；比较晶体样品的吸收图中的峰值大小及峰位的不同，辨别晶体样品的生长环境。

【技术实现步骤摘要】
利用太赫兹时域光谱技术检测晶体生长环境的方法及系统
本专利技术涉及晶体生长环境的检测领域，尤其涉及一种基于太赫兹时域光谱技术检测晶体生长环境的方法及系统。
技术介绍
矿物及其晶体是一定自然条件下形成的产物,1878年吉布斯最早发现晶体晶面生长和发育的规律,建立了“晶体形貌学”。现代矿物学的成果之一,是在先进科技观察手段的基础上,发展了成因矿物学和矿物标型学,把矿物的结晶习性,及各种物理和化学性质与其形成的地质环境相联系,应用结晶学和晶体生长理论分析其成因,阐明微形貌所揭示的成矿信息。而不同的生长环境条件(包括温度、压力、浓度、组成等)会对矿物结晶产生不同的影响，因此形成的矿物微型貌特征也是不同的。目前，传统的光学检测方法如核磁共振波谱技术、X射线荧光技术、拉曼光谱技术和红外光谱技术等，在检测晶体物质方面应用十分广泛。但各自仍存在有不足之处，例如核磁共振波谱技术要求原子核必须具有核磁性质，并且只有那些能量与核自旋能级能量差相同的电磁辐射才能被共振吸收等条件限制；红外吸收光谱分析法在定量分析时具有误差大，且灵敏度低等缺点；再加上有些检测技术对人体及样品都要有潜在的危害，且具有不易操作、测量时间相对较长等缺点，因此需要寻求一种新的光谱技术来进行晶体物质的检测。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种利用太赫兹时域光谱技术对晶体进行快速、无损的检测系统及检测方法。为了达到上述目的，本专利技术实施例提供一种利用太赫兹时域光谱技术检测晶体生长环境的系统，所述系统包括：太赫兹时域光谱装置、光斑调整与显示装置以及样品检测装置；所述太赫兹时域光谱装置照射晶体样品，生成所述晶体样品的太赫兹时域光谱信号，所述样品检测装置用于根据所述太赫兹时域光谱信号对所述晶体样品进行检测，所述光斑调整与显示装置用于放置所述晶体样品，并调整光斑投射在所述晶体样品上的位置；其中，所述光斑调整与显示装置包括三维样品台、夹持台、光斑摄像系统以及图像显示器；所述夹持台设置在所述三维样品台上，用于放置所述晶体样品，通过移动所述三维样品台带动所述晶体样品上下、前后、左右移动，以改变光斑在所述晶体样品上的位置；所述光斑摄像系统摄取所述光斑的图像后，生成光斑信号传送至所述图像显示器上进行显示；观察所述图像显示器上的光斑，并根据所述光斑调整所述三维样品台，使得太赫兹波垂直入射在所述晶体样品的中心位置。进一步地，所述夹持台可根据所述晶体样品的大小、厚度，通过旋转两侧旋转螺母调节夹持缝的大小，进而固定住所述晶体样品。进一步地，所述夹持台的材质为铸铁合金，用以牢固的固定住所述晶体样品，方便测量。进一步地，所述光斑摄像系统包括光斑摄像头、图像传感器以及数字信号处理芯片；所述光斑摄像头摄取所述光斑图像后生成光学图像投射到所述图像传感器上，所述图像传感器将所述光学图像转换为电信号并传送至所述数字信号处理芯片，所述数字信号处理芯片对所述电信号进行处理，生成所述光斑信号传送至所述图像显示器上进行显示。进一步地，所述太赫兹时域光谱装置为透射式太赫兹光路。为了达到上述目的，本专利技术实施例还提供一种利用上述系统进行晶体生长环境检测的方法，所述方法包括：选择待测晶体样品；利用所述太赫兹时域光谱系统对氮气进行测试，获得太赫兹波时域波形作为参考信号；将所述待测晶体样品放置在所述夹持台上，通过移动三维样品台的位置，带动所述夹持台移动，改变所述光斑在所述待测晶体样品上的位置，当所述太赫兹波垂直入射在所述待测晶体样品的中心位置时，得到太赫兹波时域波形，作为所述待测晶体样品的测试信号；对所述参考信号和测试信号进行傅立叶变换，生成所述参考信号和测试信号的太赫兹频域信息；根据所述参考信号和测试信号的太赫兹频域信息，得到所述待测晶体样品的吸收系数，进一步生成所述待测晶体样品的吸收图；比较所述待测晶体样品的吸收图中的峰值大小及峰位的不同，辨别所述待测晶体样品的生长环境。本专利技术实施例的基于太赫兹时域光谱技术检测晶体生长环境的方法及系统，不仅具有安全性好、穿透力强、光谱灵敏度高的特点，并且测量方法简单实用、快速、准确，更加有利于研究矿物晶体的微型貌特征，便于直接追踪成岩、成矿、晶体生长信息。除此之外，该方法对晶体无损害，测量后的晶体还可以重复利用。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一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的利用太赫兹时域光谱技术检测晶体生长环境的系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例的利用太赫兹时域光谱技术检测晶体生长环境的系统中的光斑调整与显示装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例的利用太赫兹时域光谱技术检测晶体生长环境的系统中的光斑摄像系统的结构示意图；图4为利用图1所示的利用太赫兹时域光谱技术检测晶体生长环境的系统进行晶体检测的方法流程图；图5为具体实施例中的75℃环境下生长的纯NaCl晶体样品、纯KCl晶体样品和NaCl：KCl＝1：1的三种样品的太赫兹时域光谱信号图；图6为具体实施例中的75℃环境下生长的纯NaCl晶体样品、纯KCl晶体样品和NaCl：KCl＝1：1的三种样品的吸收图。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例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。太赫兹波与其它波段的电磁波相比，具有安全性好，穿透力强，光谱灵敏度高等诸多特点。太赫兹波段包含了丰富的光谱信息，大量的分子的转动和振动(包括集体振动)的跃迁都发生在太赫兹波段，可以根据分子在太赫兹波段的特有光谱信息可以识别出不同的分子。并且太赫兹波的典型脉宽在亚皮秒量级(1ps＝10-12s)，可以实现亚皮秒、飞秒时间分辨率的研究，而且通过相关测量技术，能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰。目前国内还没有见将太赫兹时域光谱技术应用于不同环境下生长的晶体无损检测，因此太赫兹技术作为一种新兴检测手段，可鉴别不同环境下生长的晶体，对在不同环境下生长的晶体无损检测和质量检测方面具有非常吸引力的应用前景，更加有利于研究矿物晶体的微型貌特征，便于直接追踪成岩、成矿、晶体生长信息。图1为本专利技术实施例的利用太赫兹时域光谱技术检测晶体生长环境的系统的结构示意图。如图所示，本实施例的检测系统包括：太赫兹时域光谱装置1、光斑调整与显示装置2以及样品检测装置3；所述太赫兹时域光谱装置1照射晶体样品，生成所述晶体样品的太赫兹时域光谱信号，所述样品检测装置3用于根据所述太赫兹时域光谱信号对所述晶体样品进行检测，所述光斑调整与显示装置2用于放置所述晶体样品，并调整光斑投射在所述晶体样品上的位置。在本实施例中，如图2所示，所述光斑调整与显示装置2包括三维样品台21、夹持台22、光斑摄像系统23以及图像显示器24。所述夹持台22设置在所述三维样品台21上，用于放置所述晶体样品，通过移动所述三维样品台21带动所述晶体样品上下、前后、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用太赫兹时域光谱技术检测晶体生长环境的系统，其特征在于，所述系统包括：太赫兹时域光谱装置、光斑调整与显示装置以及样品检测装置；所述太赫兹时域光谱装置照射晶体样品，生成所述晶体样品的太赫兹时域光谱信号，所述样品检测装置用于根据所述太赫兹时域光谱信号对所述晶体样品进行检测，所述光斑调整与显示装置用于放置所述晶体样品，并调整光斑投射在所述晶体样品上的位置；其中，所述光斑调整与显示装置包括三维样品台、夹持台、光斑摄像系统以及图像显示器；所述夹持台设置在所述三维样品台上，用于放置所述晶体样品，通过移动所述三维样品台带动所述晶体样品上下、前后、左右移动，以改变光斑在所述晶体样品上的位置；所述光斑摄像系统摄取所述光斑的图像后，生成光斑信号传送至所述图像显示器上进行显示；观察所述图像显示器上的光斑，并根据所述光斑调整所述三维样品台，使得太赫兹波垂直入射在所述晶体样品的中心位置。

【技术特征摘要】
1.一种利用太赫兹时域光谱技术检测晶体生长环境的系统，其特征在于，所述系统包括：太赫兹时域光谱装置、光斑调整与显示装置以及样品检测装置；所述太赫兹时域光谱装置照射晶体样品，生成所述晶体样品的太赫兹时域光谱信号，所述样品检测装置用于根据所述太赫兹时域光谱信号对所述晶体样品进行检测，所述光斑调整与显示装置用于放置所述晶体样品，并调整光斑投射在所述晶体样品上的位置；其中，所述光斑调整与显示装置包括三维样品台、夹持台、光斑摄像系统以及图像显示器；所述夹持台设置在所述三维样品台上，用于放置所述晶体样品，通过移动所述三维样品台带动所述晶体样品上下、前后、左右移动，以改变光斑在所述晶体样品上的位置；所述光斑摄像系统摄取所述光斑的图像后，生成光斑信号传送至所述图像显示器上进行显示；观察所述图像显示器上的光斑，并根据所述光斑调整所述三维...

【专利技术属性】
技术研发人员：宝日玛，孟倩，赵昆，董晨，孙世宁，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11