一种基于道威棱镜快速搭建的太赫兹衰减全反射系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于道威棱镜快速搭建的太赫兹衰减全反射系统，属于光学测试技术领域，包括依次设置的飞秒激光器、分束器、太赫兹发生器、棱镜、太赫兹接收器和信号处理系统，所述棱镜为轴截面为等腰梯形的道威棱镜，所述道威棱镜采用高折射率的高阻硅材料制成，所述分束器与太赫兹接收器之间还设置有反射镜。本发明专利技术通过采用轴截面为等腰梯形的道威棱镜，只需将棱镜平行放在光路中就可以快速搭建用于样本太赫兹光谱探测的衰减全反射系统，不需要棱镜支架支撑，也不需要整体光路调整，可大幅度减少搭建时间和材料耗费，同时棱镜表面全部覆盖倏逝波，可显著降低被测样品用量，利于降低使用成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学测试
，具体涉及一种基于道威棱镜快速搭建的太赫兹衰减全反射系统。
技术介绍
太赫兹(Terahertz，THz)波是指波段介于微波和红外的电磁辐射，频率在0.1THz-10THz之间(1THz＝1012Hz)，波长在30μm-3000μm之间。相较微波，太赫兹波长和脉冲较短，具有较高的时间和空间分辨率。同时其光子能量较小(1THz处光子能量约为4meV),不会对物质产生破坏作用，相较X线更为安全。特别是生物分子的骨架振动及构型弯曲，转动等低频振动模式在太赫兹波能量范围内，太赫兹光谱包含生物物质丰富的物理和化学信息，已被广泛应用于包括核酸、蛋白质，细菌，细胞和癌组织成像等生物学领域。传统太赫兹光谱仪以透射方式测量生物样本的波谱信息时，一方面受样本含水量较高影响，通常需要将组织、细菌等样本通过真空冻干或石蜡包埋等方式减弱水对透射太赫兹信号的衰减，对于包括氨基酸在内的生物大分子通常与聚乙烯粉末(太赫兹波段几乎透明)混合压片进行透射测量。以上方法无法研究生物样本在体内溶液环境下的自然特征，给太赫兹波技术应用于生物研究带来较大限制。另一方面，太赫兹波长(1THz处为300μm)远大于细菌(1-2μm)、细胞(10μm左右)的直径，传统太赫兹检测技术受衍射极限限制，存在探测尺度失匹配，难以精确响应细胞间的差异信号等缺点。太赫兹波衰减全反射是指入射太赫兹波在棱镜内部发生全内反射时会在界面处产生倏逝波，该倏逝波穿过界面一定深度与界面附近物质作用后再返回，反射光会携带界面附近物质的太赫兹波谱信息，从而实现了对亚波长大小的生物样品进行太赫兹光谱探测的技术。由公式(1)可知，太赫兹衰减全反射系统的倏逝波穿透深度在数十微米，具备能探测界面附近样本波谱信息，不需要对样品进行任何处理，穿透深度与细胞层厚度匹配，可排除细胞外水的干扰，实现非标记、实时、原位探测等优点，该技术已广泛应用于碳水化合物溶液氢键网络、蛋白质糖基化作用、生物大分子溶液和细胞内水化动力学的光谱学研究中。 d p = λ / n p r i s m 2 π sin 2 θ - ( n e m / n p r i s m ) 2 - - - ( 1 ) ]]>目前各种基于太赫兹光谱仪搭建的衰减全反射系统所使用的棱镜的纵切面均为三角形或
是不规则多边形。这一方面需要采购专门的棱镜支架，改造太赫兹光谱仪透射模式中平行入射光以一定角度的斜入射光，需对整体光路进行调整，无法实现便捷搭建衰减全反射系统的目的。另一方面不规则多边形的棱镜因体积相对较大，较为耗费制作材料，棱镜表面倏逝波局限分布于部分区域，在应用于不同生物分子(蛋白质、核酸)溶液探测分析时，无效样本用量相对较多，特别易造成较为稀有、丰度较低生物大分子溶液的浪费。同时由于内部光程较长，需要对光路时延进行大范围调整。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对现有技术的上述缺陷提供一种基于道威棱镜快速搭建的太赫兹衰减全反射系统，该系统中的棱镜的纵切面为等腰梯形；采用可使平行入射光在底边界面实现全反射的高折射率材料制成；将其三个通光面抛光，只需将棱镜平行放在光路中就可以实现在传统太赫兹光谱仪透射模式上快速搭建用于样本太赫兹光谱探测的衰减全反射系统，大幅度减小棱镜体积，同时棱镜表面全部覆盖倏逝波，显著降低被测样品用量。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于道威棱镜快速搭建的太赫兹衰减全反射系统，包括依次设置的飞秒激光器、分束器、太赫兹发生器、棱镜、太赫兹接收器和信号处理系统，所述棱镜为轴截面为等腰梯形的道威棱镜，所述道威棱镜采用高折射率的高阻硅材料制成，所述分束器与太赫兹接收器之间还设置有反射镜，所述太赫兹发生器、太赫兹接收器均由一体设置的光电导天线和超半球硅透镜组成，激光分束器，将飞秒激光器产生的光束分解为两束激光，一束用作泵浦光束，经过延迟线作用于太赫兹发生器；一束用作相干探测光束，经过反射镜作用于太赫兹接收器，太赫兹发生器，用于产生太赫兹波，太赫兹接收器，用于探测太赫兹波，信号处理系统，用于太赫兹波的产生和探测控制，以及样品太赫兹波信号的采集及分析。进一步，所述飞秒激光器为钛蓝宝石飞秒激光器。进一步，所述反射镜的外表面采用金属镀层。进一步，所述分束器与太赫兹发生器之间设置有用于调整泵浦光路时间的时延装置。进一步，所述太赫兹发生器与太赫兹接收器之间设置有可在三维空间移动的平移台，所述道威棱镜的梯形上底置放于所述平移台上。进一步，所述高阻硅材料的折射率大于1.9、每厘米的电阻大于10kΩ。进一步，所述等腰梯形的腰与下底之间的夹角为20°～70°。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过采用轴截面为等腰梯形的道威棱镜，只需将棱镜平行放在光路中就可以快速搭建用于样本太赫兹光谱探测的衰减全反射系统，不需要棱镜支架支撑，也不需要整体光路调整，可大幅度减少搭建时间和材料耗费，同时棱镜表面全部覆盖倏逝波，可显著降低被测样品用量，利于进一步降低使用成本。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：图1本专利技术太赫兹衰减全反射系统的示意图；图2为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于道威棱镜快速搭建的太赫兹衰减全反射系统，其特征在于：包括依次设置的飞秒激光器、分束器、太赫兹发生器、棱镜、太赫兹接收器和信号处理系统，所述棱镜为轴截面为等腰梯形的道威棱镜，所述道威棱镜采用高折射率的高阻硅材料制成，所述分束器与太赫兹接收器之间还设置有反射镜，所述太赫兹发生器、太赫兹接收器均由一体设置的光电导天线和超半球硅透镜组成，激光分束器，将飞秒激光器产生的光束分解为两束激光，一束用作泵浦光束，经过延迟线作用于太赫兹发生器；一束用作相干探测光束，经过反射镜作用于太赫兹接收器，太赫兹发生器，用于产生太赫兹波，太赫兹接收器，用于探测和接收太赫兹波，信号处理系统，用于太赫兹波的产生和探测控制，以及样品太赫兹波信号的采集及分析。

【技术特征摘要】
1.一种基于道威棱镜快速搭建的太赫兹衰减全反射系统，其特征在于：包括依次设置的飞秒激光器、分束器、太赫兹发生器、棱镜、太赫兹接收器和信号处理系统，所述棱镜为轴截面为等腰梯形的道威棱镜，所述道威棱镜采用高折射率的高阻硅材料制成，所述分束器与太赫兹接收器之间还设置有反射镜，所述太赫兹发生器、太赫兹接收器均由一体设置的光电导天线和超半球硅透镜组成，激光分束器，将飞秒激光器产生的光束分解为两束激光，一束用作泵浦光束，经过延迟线作用于太赫兹发生器；一束用作相干探测光束，经过反射镜作用于太赫兹接收器，太赫兹发生器，用于产生太赫兹波，太赫兹接收器，用于探测和接收太赫兹波，信号处理系统，用于太赫兹波的产生和探测控制，以及样品太赫兹波信号的采集及分析。2.根据权利要求1所述的一种基于道威棱镜快速搭建的太赫兹衰减全反射系统，其特征在于：所述飞秒激光器为钛蓝宝...

【专利技术属性】
技术研发人员：府伟灵，赵祥，黄庆，罗阳，杨翔，张阳，刘跃平，徐含青，刘羽，杨柯，
申请(专利权)人：中国人民解放军第三军医大学第一附属医院，
类型：发明
国别省市：重庆;50