本发明专利技术提供了一种测量太赫兹垂直透射谱和反射谱的一体化系统及应用，该系统将激光经1/2波片后进入分束器，分束器将激光分为泵浦光和探测光；泵浦光经斩波器后再分别经过第一反射镜、由第二反射镜、第三反射镜构成的光学延迟线、第四反射镜、第五反射镜折射后，经第一透镜、太赫兹源产生太赫兹脉冲，太赫兹脉冲射入薄膜镜；探测光经第六反射镜折射后，经过起偏器等后射入平衡探测器，平衡探测器与锁相放大器功能性电连接；所述照射目标包括第七反射镜、待测样品。该系统应用到太赫兹时域光谱仪中，可以提高材料光学参数的提取精度，而应用到太赫兹飞行时间断层扫描中，可以加大三维立体图像最大访问深度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太赫兹
，尤其设及一种测量太赫兹垂直透射谱和反射谱的一 体化系统及应用。
技术介绍
太赫兹电磁波的频率范围通常定义为0. 1至10太赫兹，目前，太赫兹波在许多领 域用于成像和光谱分析。太赫兹时域光谱技术（TTD巧是一种测定材料太赫兹频段折射率 和吸收系数相敏技术。 现有太赫兹时域光谱系统采用透射式或非垂直入射的反射式结构，如图1、2,其基 本原理为；飞秒激光经分束棱镜炬巧分为两束，累浦光入射到太赫兹光电导天线（或发射 晶体）（T服）上产生太赫兹脉冲，并透过样品（Sample)或经样品反射后继续传输，最后入射 到探测晶体巧OC)上；另一束探测光通过偏振片（P)，被薄膜镜（FM)反射到探测晶体巧OC) 上；通过检测探测光和累浦光之间的相位延迟，可W得到太赫兹福射的电场强度，探测晶体 后面放置的1/4波片（QW巧为探测光提供的光学偏置，使系统工作在线性区域，沃拉斯顿 (Wollaston)棱镜（PB巧将探测光的相位延迟转化为两束偏振方向互相正交的线偏振光的 强度调制，一对光电二极管连接成平衡探测模式（平衡探测器炬D))探测光强的调制，光电 二极管输出的差分信号输入锁相放大器（LIA)放大。此外，累浦光可由延迟线值L)和斩波 器（C)进行调制，获得锁相放大器的参考信号。 然而，图2采用非垂直入射的反射式结构，不利于太赫兹光谱和成像。首先，利用 非垂直入射反射光谱，折射率和吸收系数的分析公式较为复杂，难W获得精确的分析结果； 其次，在太赫兹飞行时间断层扫描中，太赫兹束非垂直入射到样品的各层会产生附加的偏 移，该限制了=维立体图像最大访问深度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测量太赫兹垂直透射谱和反射谱的一体化系统及方 法，旨在解决现有技术的不足，并利用同一系统测量太赫兹垂直透射谱和反射谱。 本专利技术是该样实现的，一种测量太赫兹垂直透射谱和反射谱的一体化系统，包括： 1/2波片，分束器，斩波器，第一至第走反射镜，第一至第=透镜，太赫兹源，离轴抛物镜，起 偏器，薄膜镜，球面镜，电光晶体，1/4波片，沃拉斯通棱镜，平衡探测器，锁相放大器，激光经 1/2波片后进入分束器，所述分束器将激光分为累浦光和探测光；累浦光经斩波器后再分 别经过第一反射镜、由第二反射镜、第=反射镜构成的光学延迟线、第四反射镜、第五反射 镜折射后，经第一透镜、太赫兹源产生产生太赫兹脉冲，太赫兹脉冲射入薄膜镜；探测光经 第六反射镜折射后，经过起偏器、第二透镜、薄膜镜、电光晶体、1/4波片、第=透镜、沃拉斯 通棱镜后射入平衡探测器，所述平衡探测器与锁相放大器功能性电连接； 所述薄膜镜射出的太赫兹波经离轴抛物镜射入球面镜中，在离轴抛物镜与球面镜 之间的太赫兹波上设有照射目标，所述照射目标包括第走反射镜、待测样品。[000引优选地，所述系统还包括在电机驱动下沿垂直于太赫兹福射的方向平移的样品支 架，所述样品支架上设有=个位点，其中两个位点分别设置第走反射镜、待检测样品，另一 个位点为空载位点，所述样品支架在=个位点之间平移用于分别测量样品反射谱或两次透 射谱、全反射镜反射谱和球面镜反射谱。 本专利技术进一步提供了上述测量太赫兹垂直透射谱和反射谱的一体化系统在获取 样品光学参数方面的应用，所述应用包括通过测量反射光谱并获取样品光学参数方面的应 用，所述测量反射光谱并获取样品光学参数的方法包括W下步骤： 让太赫兹波入射到待测样品上，测量反射光谱，记为氏"(?);然后让太赫兹波入 射到第走反射镜上，测量反射光谱，记为Euf(?);最后，让太赫兹波直接入射到球面镜上， 折射率为1 ;根据上述测量结果，得出E,^?)、Euf(w)两者间的比值：(1)[001引 由式（1)得到样品的折射率和吸收系数：[001 引其中：所述待测样品为内部结构均匀、前后表面平行的平板，样 品的厚度为1，复折射率为如切=?〇)+批〇)，其中，《为太赫兹波的角频率，n〇)折射 率，K(O)为消光系数。 优选地，所述应用还包括在测量两次透射光谱并获取样品光学参数方面的应用， 所述测量两次透射光谱并获取样品光学参数的方法包括W下步骤： 让太赫兹波入射到样品上，测量经两次透过待测样品的透射光谱，记为氏"(?); 然后让太赫兹波直接入射到球面反射镜上，测量反射光谱，记为Euf(?);根据上述测量结 果，得到Es"(?)、Euf(w)两者间的比值：[001 引(4) 假定待测样品为弱吸收材料，即K(?)<<1，由（4)式得到样品的折射率： (5) 化及吸收系数：(6)。 本专利技术克服现有技术的不足，提供一种测量太赫兹垂直透射谱和反射谱的一体化 系统，该系统包括： 1、分束、延迟和斩波部分；利用分束棱镜炬巧，将飞秒激光分为探测光束和累浦 光束，探测光束经薄膜反射镜（FM)反射后到达探测端，累浦光束可由第二反射镜、第=反 射镜构成的光学延迟线值L)和斩波器（C)进行调制，获得延迟信号和锁相放大器的参考信 号，该部分与现有技术一致； 2、累浦部分；累浦光束入射到光导天线（或晶体）（T服）产生太赫兹福射，进入离 轴抛物镜（PM)并被球面镜（SM)、薄膜反射镜（FM)反射，最后到达探测端，该部分对现有技 术进行了改进，增加一个球面镜（SM),减少了多个离轴抛物镜（PM)和反射镜（M); 3、样品支架；在离轴抛物镜（PM)和球面镜（SM)之间加入如图4所示的样品支架， 样品支架装有样品（Sample)、第走反射镜（M7)，可W沿垂直于太赫兹福射方向移动，使太 赫兹波两次透过样品（先透过样品，然后被球面镜反射，最后再次透过样品）、全反射或在 空气中两次穿过支架（被球面镜反射），对应图4的a,b，C=个位置，该部分为本技术专利技术 的核屯、； 4、探测部分；探测光和太赫兹波同轴入射到电光采样晶体巧OC)，信号经1/4波片 (QW巧和沃拉斯通棱镜（PB巧后，由平衡探测器炬D)和锁相放大器（LIA)进行测量，该部分 义用光电义样，与现有技术一致。[002引本专利技术通过两种方式获取样品光学参数方面，一种是测量反射光谱并获得样品光 学参数，另外一种则是通过测量两次透射光谱并获得样品光学参数。 相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有W下有益效果；本专利技术提出测量太赫 兹垂直透射谱和反射谱的一体化系统，该系统应用到太赫兹时域光谱仪中，可W提高材料 光学参数的提取精度，再者，该系统可W应用在太赫兹飞行时间断层扫描中，太赫兹束在样 品的各层不会产生附加的偏移，可W加大=维立体图像最大访问深度。【附图说明】图1是现有透射式太赫兹时域光谱系统的结构示意图； 图2是现有反射式太赫兹时域光谱系统的结构示意图；图3是本专利技术测量太赫兹垂直透射谱和反射谱的一体化系统的结构示意图；[003引其中，图1~图3中，fslaser;飞秒激光；HWP;1/2波片巧S;分束器；C;斩波器；M;反射镜；L;透镜；T服；太赫兹源；PM;离轴抛物镜；DL;延迟线；P;起偏器；FM;薄膜镜； SM;球面镜；Sample;样品；EOC;电光晶体；QWP;1/4波片；PBS;沃拉斯通棱镜；BD;平衡探 测器；LIA;锁相放大器；图4是本专利技术实施例中的样品支架的结构示意图；图4中，THz;太赫兹波； Mov油Ie;可移动当本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量太赫兹垂直透射谱和反射谱的一体化系统，包括：1/2波片，分束器，斩波器，第一至第七反射镜，第一至第三透镜，太赫兹源，离轴抛物镜，起偏器，薄膜镜，球面镜，电光晶体，1/4波片，沃拉斯通棱镜，平衡探测器，锁相放大器，其特征在于，激光经1/2波片后进入分束器，所述分束器将激光分为泵浦光和探测光；泵浦光经斩波器后再分别经过第一反射镜、由第二反射镜、第三反射镜构成的光学延迟线、第四反射镜、第五反射镜折射后，经第一透镜、太赫兹源产生产生太赫兹脉冲，太赫兹脉冲射入薄膜镜；探测光经第六反射镜折射后，经过起偏器、第二透镜、薄膜镜、电光晶体、1/4波片、第三透镜、沃拉斯通棱镜后射入平衡探测器，所述平衡探测器与锁相放大器功能性电连接；所述薄膜镜射出的太赫兹波经离轴抛物镜射入球面镜中，在离轴抛物镜与球面镜之间的太赫兹波上设有照射目标，所述照射目标包括第七反射镜、待测样品。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：凌东雄，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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