一种电控光取样系统及太赫兹时域光谱仪技术方案

本发明专利技术适用于太赫兹技术领域，提供一种电控光取样系统及太赫兹时域光谱仪，其中，电控光取样系统包括第一激光模块、第二激光模块、第一分束器、第二分束器、第一光电传感器、第二光电传感器、相位探测器、加法器和函数发生器，其中，第一激光模块包括压电传感器；第一分束器通过光纤与第一激光模块连接，第二分束器通过光纤与第二激光模块连接，第一光电传感器和第二光电传感器均与相位探测器连接，相位探测器和函数发生器均与加法器连接，加法器与压电传感器连接。本发明专利技术通过采用电控光取样系统来实现时域扫描，并采用光纤取代传统的自由空间来传输光信号，提高了扫描速度、保证了光束传播的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太赫兹
，尤其涉及一种电控光取样系统及太赫兹时域光谱仪。
技术介绍
太赫兹时域光谱仪可以对太赫兹电场进行相干测量，能够得到样品的复折射率、介电常数和电导率等参数，通过分析这些参数可以得到样品的物理化学信息，具有重要的应用前景。然而，现有的太赫兹时域光谱仪通常采用机械延时装置(即，步进电机控制线性平移台)来实现相位延时控制，存在光束传播方向不稳定，光斑大小由于色散而存在变化，扫描速度慢等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电控光取样系统及太赫兹时域光谱仪，旨在解决现有的太赫兹时域光谱仪通常采用机械延时装置来实现相位延时控制，存在光束传播方向不稳定，光斑大小由于色散而存在变化，扫描速度慢等缺点的问题。本专利技术是这样实现的，一种电控光取样系统，其包括第一激光模块、第二激光模块、第一分束器、第二分束器、第一光电传感器、第二光电传感器、相位探测器、加法器和函数发生器，所述第一激光模块包括压电传感器；所述第一分束器通过光纤与所述第一激光模块连接，所述第二分束器通过光纤与所述第二激光模块连接，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器均与所述相位探测器连接，所述相位探测器和所述函数发生器均与所述加法器连接，所述加法器与所述压电传感器连接；所述函数发生器输出相位调制信号，所述压电传感器根据所述相位调制信号调节所述第一激光模块的腔体长度，控制所述第一激光模块发射预设相位的泵浦脉冲，所述第一分束器将所述泵浦脉冲分束为透射泵浦脉冲和反射泵浦脉冲，其中，所述反射泵浦脉冲发射至所述第一光电传感器；所述第一光电传感器将所述反射泵浦脉冲转换为第一电脉冲信号并传递给所述相位探测器；所述第二激光模块发射与所述泵浦脉冲之间具有预设相位差的探测脉冲，所述第二分束器将所述探测脉冲分束为透射探测脉冲和反射探测脉冲，其中，所述反射探测脉冲发射至所述第二光电传感器；所述第二光电传感器将所述反射探测脉冲转换为第二电脉冲信号并传递给所述相位探测器；所述相位探测器探测所述预设相位差，并生成与所述预设相位差线性正相关的电压信号；所述函数发生器持续输出所述相位调制信号；所述加法器对所述电压信号和所述相位调制信号进行叠加并输出给所述压电传感器；所述压电传感器根据所述加法器输出的信号反馈调节所述第一激光模块的腔体长度。本专利技术还提供一种太赫兹时域光谱仪，其包括上述的电控光取样系统，还包括：通过光纤与所述电控光取样系统连接，接收所述透射泵浦脉冲和所述透射探测脉冲，并将所述透射泵浦脉冲和所述透射探测脉冲转化为电流信号的太赫兹模块；以及与所述太赫兹模块连接，将所述电流信号转换为数字信号并处理的数据处理模块。本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：通过采用电控光取样系统来实现时域扫描，并采用光纤取代传统的自由空间传输光信号，提高了扫描速度、保证了光束传播的稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的电控光取样系统的基本结构框图；图2是本专利技术实施例二提供的电控光取样系统的具体结构框图；图3是本专利技术实施例三提供的电控光取样系统的具体结构框图；图4是本专利技术实施例四提供的太赫兹时域光谱仪的结构框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术中的电控光取样系统指的是基于电控光取样(ECOPS，ElectronicallyControlledOpticalSampling)技术的硬件系统，以下各实施例均基于该技术实现。实施例一：如图1所示，本实施例提供的电控光取样系统100，其包括第一激光模块101、第二激光模块102、第一分束器103、第二分束器104、第一光电传感器105、第二光电传感器106、相位探测器107、加法器108和函数发生器109，其中，第一激光模块101包括压电传感器6。本实施例中，第一分束器103通过光纤与第一激光模块101连接，第二分束器104通过光纤与第二激光模块102连接，第一光电传感器105和第二光电传感器106均与相位探测器107连接，相位探测器107和函数发生器109均与加法器108连接，加法器108与压电传感器连接。图中空心箭头代表光信号传播方向，实心箭头代表电信号传播方向。在具体应用中，光纤可采用保偏单模光纤，以保证光路稳定不发生抖动。在具体应用中，第二激光模块102可选用掺铒激光器。在本实施例中，所述透射泵浦脉冲的能量大于所述反射泵浦脉冲的能量，所述透射探测脉冲的能量大于所述反射探测脉冲的能量。在具体应用中，第一分束器103和第二分束器104的透反比可以为9:1，即透过第一分束器103和第二分束器104的透射脉冲的能量与第一分束器103和第二分束器104所反射的反射脉冲的能量比为9:1。本实施例中，第一光电传感器105和第二光电传感器106均为光电二极管。本实施例所提供的电控光取样系统100的工作原理为：函数发生器109输出相位调制信号控制压电传感器6调节第一激光模块101的腔体长度，使第一激光模块101发射预设相位的泵浦脉冲，第一分束器103将所述泵浦脉冲分束为透射泵浦脉冲和反射泵浦脉冲，其中，反射泵浦脉冲发射至第一光电传感器105；第一光电传感器105将反射泵浦脉冲转换为第一电脉冲信号并传递给相位探测器107；第二激光模块102发射探测脉冲，所述泵浦脉冲与所述探测脉冲之间具有预设相位差，第二分束器104将探测脉冲分束为透射探测脉冲和反射探测脉冲，其中，反射探测脉冲发射至第二光电传感器106；第二光电传感器106将反射探测脉冲转换为第二电脉冲信号并传递给相位探测器107；相位探测器107探测所述预设相位差，并生成与所述预设相位差线性正相关的电压信号；函数发生器109持续输出所述相位调制信号；加法器108将所述电压信号和所述相位调制信号叠加后输出给压电传感器6；压电传感器6根据加法器108输出的信号反馈调节第一激光模块101的腔体长度，以反馈调节所述泵浦脉冲的相位，进而反馈调节所述泵浦脉冲相对于所述探测脉冲的延时时间。在具体应用中，若要改变所述预设相位差，只需要改变所述相位调制信号的幅值和频率，即可使压电传感器6根据所述相位调制信号调节第一激光模块101的腔体长度，从而改变第一激光模块发射的泵浦脉冲的相位，以达到改变所述泵浦脉冲和所述探测脉冲之间相位差的目的。本实施例中，所述泵浦脉冲和所述探测脉冲均为激光脉冲，本实施例中仅是为了对相同性质的脉冲进行区别，而采用不同命名。本实施例通过采用电控光取样系统来实现时域扫描，并采用光纤取代传统的自由空间传输光信号，提高了扫描速度、保证了光束传播的稳定性。在一具体实施例中，电控光取样系统100的工作原理为：控制第二激光模块102输出重复频率稳定的探测脉冲作为参考脉冲(本实施例中，采用TOPTICA公司生产的重复频率为100MHz的掺铒光纤激光器输出参考脉冲)；压电传感器6调节第一激光模块101的腔长，使其输出重复频率可变的泵浦脉冲，泵浦脉冲的重复频率与第一激光模块101的腔长的关系式为：f＝c/2L；其中，f为第一激光模块输出的泵浦脉冲的重复频率，c为光传播速度，L为第一激光模块的腔长；当f等于100MHz时，第一激光模块和第二激光模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电控光取样系统，其特征在于，所述电控光取样系统包括第一激光模块、第二激光模块、第一分束器、第二分束器、第一光电传感器、第二光电传感器、相位探测器、加法器和函数发生器，其中，所述第一激光模块包括压电传感器；所述第一分束器通过光纤与所述第一激光模块连接，所述第二分束器通过光纤与所述第二激光模块连接，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器均与所述相位探测器连接，所述相位探测器和所述函数发生器均与所述加法器连接，所述加法器与所述压电传感器连接；所述函数发生器输出相位调制信号，所述压电传感器根据所述相位调制信号调节所述第一激光模块的腔体长度，控制所述第一激光模块发射预设相位的泵浦脉冲，所述第一分束器将所述泵浦脉冲分束为透射泵浦脉冲和反射泵浦脉冲，其中，所述反射泵浦脉冲发射至所述第一光电传感器；所述第一光电传感器将所述反射泵浦脉冲转换为第一电脉冲信号并传递给所述相位探测器；所述第二激光模块发射与所述泵浦脉冲之间具有预设相位差的探测脉冲，所述第二分束器将所述探测脉冲分束为透射探测脉冲和反射探测脉冲，其中，所述反射探测脉冲发射至所述第二光电传感器；所述第二光电传感器将所述反射探测脉冲转换为第二电脉冲信号并传递给所述相位探测器；所述相位探测器探测所述预设相位差，并生成与所述预设相位差线性正相关的电压信号；所述函数发生器持续输出所述相位调制信号；所述加法器对所述电压信号和所述相位调制信号进行叠加并输出给所述压电传感器；所述压电传感器根据所述加法器输出的信号反馈调节所述第一激光模块的腔体长度。...

【技术特征摘要】
1.一种电控光取样系统，其特征在于，所述电控光取样系统包括第一激光模块、第二激光模块、第一分束器、第二分束器、第一光电传感器、第二光电传感器、相位探测器、加法器和函数发生器，其中，所述第一激光模块包括压电传感器；所述第一分束器通过光纤与所述第一激光模块连接，所述第二分束器通过光纤与所述第二激光模块连接，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器均与所述相位探测器连接，所述相位探测器和所述函数发生器均与所述加法器连接，所述加法器与所述压电传感器连接；所述函数发生器输出相位调制信号，所述压电传感器根据所述相位调制信号调节所述第一激光模块的腔体长度，控制所述第一激光模块发射预设相位的泵浦脉冲，所述第一分束器将所述泵浦脉冲分束为透射泵浦脉冲和反射泵浦脉冲，其中，所述反射泵浦脉冲发射至所述第一光电传感器；所述第一光电传感器将所述反射泵浦脉冲转换为第一电脉冲信号并传递给所述相位探测器；所述第二激光模块发射与所述泵浦脉冲之间具有预设相位差的探测脉冲，所述第二分束器将所述探测脉冲分束为透射探测脉冲和反射探测脉冲，其中，所述反射探测脉冲发射至所述第二光电传感器；所述第二光电传感器将所述反射探测脉冲转换为第二电脉冲信号并传递给所述相位探测器；所述相位探测器探测所述预设相位差，并生成与所述预设相位差线性正相关的电压信号；所述函数发生器持续输出所述相位调制信号；所述加法器对所述电压信号和所述相位调制信号进行叠加并输出给所述压电传感器；所述压电传感器根据所述加法器输出的信号反馈调节所述第一激光模块的腔体长度。2.如权利要求1所述的电控光取样系统，其特征在于，所述第一激光模块还包括激光器、波分复用器、耦合器、偏振控制器、电光调制器、可调谐滤波器、光隔离器和光纤放大器；所述激光器、所述波分复用器、所述耦合器、所述偏振控制器、所述电光调制器、所述压电传感器、所述可调谐滤波器、所述光隔离器和所述光纤放大器通过光纤依次连接，构成环形谐振腔；所述激光器发射泵浦光源，所述泵浦光源经所述波分复用器耦合到所述耦合器，所述耦合器将所述泵浦光...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭世昌，潘奕，李辰，丁庆，
申请(专利权)人：深圳市太赫兹系统设备有限公司，华讯方舟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44