本发明专利技术提供一种实现太赫兹光谱探测的方法及系统，采用一对高稳定性的单纵模近红外激光器作为种子光源，利用光纤调制激光信号，光混频器在外加偏压下向外辐射出连续的太赫兹波；在信号接收端，采用光电导开关和天线对太赫兹波进行相干探测。通过对激光器进行温度调制，实现宽带宽的差频连续太赫兹辐射输出。与常见的太赫兹时域脉冲光谱系统相比，该技术获取的谱分辨率得到极大提高，对太赫兹光谱学及其相关领域的发展起到很好的推动作用。
【技术实现步骤摘要】
一种实现连续太赫兹光谱探测的方法及系统
本专利技术涉及光学应用
，特别是涉及一种实现连续太赫兹光谱探测的方法及系统。
技术介绍
近年来，随着太赫兹技术在各个领域中的快速发展，太赫兹波光谱技术应用研究也愈发广泛。由于太赫兹波自身的众多优点，使得太赫兹应用技术已经延伸到了现实生活的各个方面。例如，在公共安全检测方面，太赫兹波能透过一些常见的红外无法穿透的材料，如塑料包装，信封和半导体介质等无极性材料，所以非常适合用于隐蔽物的探测；更为重要的，毒品和TNT都具有其特殊的太赫兹指纹谱，采用太赫兹光谱技术可以提高对危险品和违禁品的检测效率，丰富了安检的手段。在生物医学方面，不同组织组织(脂肪、皮肤和肌肉)对太赫兹波具有差别吸收，另外，太赫兹对组织内水分十分敏感，基于这两特点，太赫兹光谱技术能够检测不同表皮生物细胞之间的差异，如皮肤烧伤区域，皮肤癌变区域等。同时，太赫兹波能量远低于X射线等高能粒子射线，不会对生物组织产生电离损伤，所以更加安全，而较之于微波超声技术，得益于其更短的波长，获取的图像具有更高的分辨率。 由于太赫兹源和探测器的发展相对缓慢，在一定程度上制约了太赫兹光谱技术的发展。目前，太赫兹时域光谱技术使用较为广泛，该技术辐射太赫兹波主要采用两种手段:(I)基于非线性晶体的二次非线性效应；(2)基于电-光效应，采用光电导天线辐射出太赫兹波。在探测端均采用相干探测技术，受限于时域光谱系统的太赫兹辐射能量低，所以系统必须置于真空中；另一方面，响应信号为时域脉冲信号，所以系统必须要配备相应的机械时间延迟线，精确程度要求高，导致系统构架复杂，同时须对时域信号进行傅立叶变换方能得到频域谱，太赫兹信号强度低，光谱分辨率一般在10 GHz以上，谱分辨率较低，对于一些纯物质(如气体)的尖锐吸收峰无法识别，限制了太赫兹光谱技术的应用。所以，简化光谱系统、改善系统适用性和提高光谱分辨率对于太赫兹光谱技术而言就显得格外重要。 本专利技术的作者对太赫兹光谱技术及应用系统方面进行了深入研究，提出了一种实现连续太赫兹光谱探测的技术及系统，使太赫兹光谱分辨率得到显著提高，有利于太赫兹光谱技术的发展及应用。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种实现连续太赫兹光谱探测器的方法及系统，用于解决现有技术中太赫兹信号强度低、光谱分辨率低的问题。 为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种实现连续太赫兹光谱探测器的系统，所述系统至少包括:光源模块、调制光纤模块和测试模块； 所述光源模块包括第一激光器、第二激光器、以及功率放大器，所述功率放大器通过光纤分别与所述第一激光器和第二激光器相连接； 所述光纤模块包括由所述功率放大器输出端接出的第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和第二光纤分别通过电压调制器调节激光信号的相位； 所述测试模块包括连续太赫兹光产生装置、透射/发射光路装置以及相干探测装置，所述连续太赫兹光产生装置与所述第一光纤相连接；所述连续太赫兹光产生装置所产生的太赫兹光经过所述透射/反射光路装置收集并汇聚后入射至所述相干探测装置进行检测，所述相干探测装置还与所述第二光纤相连接。 作为本专利技术实现连续太赫兹光谱探测的系统的一种优化的方案，所述第一激光器和第二激光器为单纵模分布式反馈近红外激光器，通过一温度调制器实现频率调制。 作为本专利技术实现连续太赫兹光谱探测的系统的一种优化的方案，所述第一激光器和第二激光器的中心波长为855nm，通过所述温度调制器的调制，实现50MHz?2THz的差频输出范围，对应的温度调节的范围为O?50K。 作为本专利技术实现连续太赫兹光谱探测的系统的一种优化的方案，所述功率放大器输出的激光信号通过一光纤分束器按1:1进行信号分离，分离的信号分别进入所述第一光纤和第二光纤。 作为本专利技术实现连续太赫兹光谱探测的系统的一种优化的方案，所述第一光纤和第二光纤所选光纤的材质、长度和性能参数均相同，实现对光纤温漂效应的有效抑制。 作为本专利技术实现连续太赫兹光谱探测的系统的一种优化的方案，所述连续太赫兹光产生装置包括由第一光电导开光和第一天线构成的第一光混频器，所述第一光纤与第一光电导开光相连，产生的连续太赫兹光由所述第一天线辐射出。 作为本专利技术实现连续太赫兹光谱探测的系统的一种优化的方案，根据测量模式的不同，所述透射/反射光路装置为透射光路装置或者反射光路装置，所述透射光路装置由一组90°离轴抛物面镜和一组焦距为50mm的太赫兹超透镜组成，样品置于透镜焦点处，连续太赫兹光穿透样品；所述反射光路装置由一组45°离轴抛物面镜和一组焦距为50mm的太赫兹超透镜组成，样品置于透镜焦点处，连续太赫兹光被样品反射。 作为本专利技术实现连续太赫兹光谱探测的系统的一种优化的方案，所述相干探测装置包括由第二光电导开关和第二天线构成的第二光混频器，所述第二光电导开关与第二光纤相连，所述第二天线接收经过所述透射/反射光路装置收集后的太赫兹光，激光信号与太赫兹光信号在所述第二光电导开关处相干稱合产生响应光电流，通过转换成电压信号再由一锁相探测器进行读取检测。 本专利技术还提供一种实现连续太赫兹光谱探测的方法，所述方法至少包括: I)对第一激光器和第二激光器施加偏压出光,经过功率放大器之后的激光信号分成两束，一束由第一光纤耦合进入连续太赫兹光产生装置，在所述连续太赫兹光产生装置上加偏压后，产生太赫兹辐射并发射；另一束激光信号进入第二光纤； 2)产生的太赫兹光经过置于透射/反射光路装置中的样品后，与第二光纤的激光信号同时进入相干探测模块，两束光耦合产生光电流并由锁相探测器对光电流信号进行读取； 3)调节所述第一激光器和第二激光器，改变两者频率，通过差频实现太赫兹光谱的频域扫描，其中，在每个频点处，第二光纤中的激光信号和接收到的太赫兹光输入相干探测模块，采样一个相干周期内的信号确定极大值，最后综合各个频点处的极大值获得太赫兹频域光谱图。 作为本专利技术实现连续太赫兹光谱探测的方法的一种优化的方案，利用电压调制器输出正弦电压信号来调制所述第一光纤和第二光纤的长度，实现对激光信号的相位调制，完成连续太赫兹光的相干探测，系统在整个频段内的平均信噪比大于60db，太赫兹光谱的分辨率为50MHz。 如上所述，本专利技术提供一种实现连续太赫兹光谱探测的方法及系统，鉴于常用时域太赫兹光谱系统的局限性，如低光谱分辨率、时间延迟线、太赫兹信号强度低和测试环境真空等方面，本专利技术优先采用高性能DFB激光器温度调制差频产生连续太赫兹波，激光器频率的高稳定性使得到的太赫兹光谱分辨率显著提高，采用调制光纤实现相干探测有效降低光谱系统的复杂程度，非常有利于太赫兹光谱技术的发展，在太赫兹光谱学实际应用方面具有重要意义。 【附图说明】 图1为本专利技术实现连续太赫兹光谱探测的系统的一种示意图。 图2为本专利技术实现连续太赫兹光谱探测的系统的另一种示意图。 图3为本专利技术获得的大气太赫兹光谱图。 元件标号说明 I光源模块 11第一激光器 12第二激光器 13功率放大器 14温度调制器 15光纤 2调制光纤模块 21第一光纤 22第二光纤 3测试模块 31太赫兹光产生装置 311第一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种实现连续太赫兹光谱探测的系统，其特征在于，所述系统至少包括：光源模块、调制光纤模块和测试模块；所述光源模块包括第一激光器、第二激光器、以及功率放大器，所述功率放大器通过光纤分别与所述第一激光器和第二激光器相连接；所述光纤模块包括由所述功率放大器输出端接出的第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和第二光纤分别通过电压调制器调节激光信号的相位；所述测试模块包括连续太赫兹光产生装置、透射/发射光路装置以及相干探测装置，所述连续太赫兹光产生装置与所述第一光纤相连接；所述连续太赫兹光产生装置所产生的太赫兹光经过所述透射/反射光路装置收集并汇聚后入射至所述相干探测装置进行检测，所述相干探测装置还与所述第二光纤相连接。
【技术特征摘要】
1.一种实现连续太赫兹光谱探测的系统，其特征在于，所述系统至少包括:光源模块、调制光纤模块和测试模块； 所述光源模块包括第一激光器、第二激光器、以及功率放大器，所述功率放大器通过光纤分别与所述第一激光器和第二激光器相连接； 所述光纤模块包括由所述功率放大器输出端接出的第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和第二光纤分别通过电压调制器调节激光信号的相位； 所述测试模块包括连续太赫兹光产生装置、透射/发射光路装置以及相干探测装置，所述连续太赫兹光产生装置与所述第一光纤相连接；所述连续太赫兹光产生装置所产生的太赫兹光经过所述透射/反射光路装置收集并汇聚后入射至所述相干探测装置进行检测，所述相干探测装置还与所述第二光纤相连接。2.根据权利要求1所述的实现连续太赫兹光谱探测的系统，其特征在于:所述第一激光器和第二激光器为单纵模分布式反馈近红外激光器，通过一温度调制器实现频率调制。3.根据权利要求2所述的实现连续太赫兹光谱探测的系统，其特征在于:所述第一激光器和第二激光器的中心波长为855nm，通过所述温度调制器的调制，实现50MHz?2THz的差频输出范围，对应的温度调节的范围为O?50K。4.根据权利要求1所述的实现连续太赫兹光谱探测的系统，其特征在于:所述功率放大器输出的激光信号通过一光纤分束器按1:1进行信号分离，分离的信号分别进入所述第一光纤和第二光纤。5.根据权利要求1所述的实现连续太赫兹光谱探测的系统，其特征在于:所述第一光纤和第二光纤所选光纤的材质、长度和性能参数均相同，实现对光纤温漂效应的有效抑制。6.根据权利要求1所述的实现连续太赫兹光谱探测的系统，其特征在于:所述连续太赫兹光产生装置包括由第一光电导开光和第一天线构成的第一光混频器，所述第一光纤与第一光电导开光相连，产生的连续太赫兹光由所述第一天线辐射出。7.根据权利要求1所述的实现连续太赫兹光谱探测的系统，其特征在于:根据测量模式的不...
【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，曹俊诚，吴义东，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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