太赫兹频谱校准系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种太赫兹频谱校准系统，包括激光光源、太赫兹波产生单元、探测单元、太赫兹光路、准直光路、透射反射片、分光元件和标准量具，该系统利用太赫兹波在标准量具内多次反射形成的周期性的标准量具振荡，对太赫兹时域光谱进行频率校准，并且，该系统通过引入准直光路，利用同源的准直光实现太赫兹波光路间接校准，使得太赫兹波与标准量具垂直，减小由非垂直入射引起的频谱误差，有效提高系统的准确性和可靠性。

Terahertz Spectrum Calibration System

【技术实现步骤摘要】
太赫兹频谱校准系统
本技术涉及太赫兹
，尤其涉及一种太赫兹频谱校准系统。
技术介绍
太赫兹波通常是指波长从30微米到3毫米，频率从0.1到10太赫兹的电磁波。太赫兹波介于红外线和毫米波之间，且频谱范围相当宽。因为太赫兹波处于光子学与电子学的过渡区域，所以它能够提供可见光或者微波等传统检测方式不能提供的信息，因此它在物理学、化学和生物医学等领域有着重大的应用前景。在太赫兹波研究领域，太赫兹时域光谱技术是一项相当重要且用途广泛的技术。这项技术的原理是，首先将太赫兹脉冲和取样探测脉冲在探测器中混合，然后通过延迟线改变太赫兹脉冲和探测脉冲之间的时间差，这个时间差能引起第三方参量的变化——如太赫兹脉冲感生双折射、太赫兹脉冲感生电流或者太赫兹脉冲感生二次谐波，探测这些第三方参量就可以探测出太赫兹脉冲波形，然后通过对太赫兹脉冲波形作傅里叶变换，就能得到太赫兹波的频谱信息。太赫兹时域光谱技术不仅能够提供太赫兹脉冲的飞秒量级的时间分辨波形，还可以提供相应的频域相位分布，测量得到物质的复折射率，为探索太赫兹脉冲和物质相互作用提供了更多的信息。太赫兹脉冲能够引起众多物理、化学和生物物质的旋转共振和振动共振，所以它们在太赫兹波段都具有特征吸收谱，通过这些特征吸收谱，可以判断物质的种类。然而，太赫兹时域光谱通常受频率误差的影响。频率误差来源于时域波形的畸变，形成因素包括：延迟线位置误差、太赫兹或者探测脉冲的啁啾以及空间光变形导致的太赫兹泵浦脉冲和可见光探测脉冲光重合偏焦。畸变的时域波形通过傅里叶变换之后，这些因素对频率的影响往往会被放大，且导致的频率误差难以定量衡量。目前，可通过水吸收线来衡量太赫兹频谱误差，但是，尽管水蒸气在太赫兹波段有几条已知窄吸收线，它们的相对振幅随着环境变化很大，如压力和湿度，这使其很难作为定量衡量标准。另一方面，很多线有双峰或者三峰，因此需要系统有很高分辨率才能分辨出峰值和线形。在2THz以上的水线非常密集，且太赫兹时域光谱在此频段的信噪比和动态范围急剧恶化，使得通过密集的水吸收峰来对频谱定标更具挑战性。也可用其他气体作为太赫兹频谱的衡量标准，如一氧化碳(CO)气体。一氧化碳在0.2-3THz之间有强烈的吸收线，吸收线间隔为114GHz，其频谱值已被详尽的研究和记录。HF、HCl和N2O也可以作为校准频谱的标准，但是气体作为校准材料，存在不宜保存且频谱分辨率不可调的问题，仍然不是理想的频谱校准方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术要解决的技术问题是解决目前进行太赫兹频谱校准时，误差容易受到环境干扰，可靠范围较窄，或作为衡量标准的物质不宜保存，谱线分辨率不可调的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本技术提供了一种太赫兹频谱校准系统，包括：激光光源、太赫兹波产生单元、探测单元、太赫兹光路、准直光路、透射反射片、分光元件和标准量具；所述激光光源用于产生同源的泵浦光束和探测光束；所述太赫兹波产生单元用于接收泵浦光束以产生同源太赫兹波；所述太赫兹光路用于传输太赫兹波，使太赫兹波以45°角入射所述透射反射片并反射后，在所述探测单元聚焦；所述标准量具为固体平板；所述分光元件用于将探测光束分为两路，使一路作为探测光以45°角入射所述透射反射片并透射后，在所述探测单元聚焦；另一路则作为准直光通过所述准直光路，在所述透射反射片处透射后，反向输入所述太赫兹光路。优选地，所述太赫兹光路对太赫兹波进行两次准直和两次聚焦，第一次聚焦形成聚焦测量点，第二次聚焦输入所述探测单元；所述聚焦测量点用于设置标准量具或待测样品。优选地，所述太赫兹光路包括第一至第四抛物面镜和过滤片；第一抛物面镜用于将所述太赫兹波产生单元产生的太赫兹波准直，第二抛物面镜用于将准直的太赫兹波聚焦形成聚焦测量点，第三抛物面镜用于将通过聚焦测量点后的太赫兹波再次准直，第四抛物面镜用于将再次准直太赫兹波汇聚，并经所述透射反射片反射后在所述探测单元聚焦；所述过滤片设置在所述第一抛物面镜和所述第二抛物面镜之间，用于过滤得到的太赫兹波。优选地，所述准直光路包括半波片、第三透镜、两个反射镜和两个小孔光阑；所述半波片用于调整所述准直光的偏振方向至垂直于所述探测光；两个反射镜呈直角相对间隔设置，用于调整所述准直光的传播方向以反向输入所述太赫兹光路；所述第三透镜用于调整所述准直光的聚焦点，以模拟太赫兹波在所述太赫兹光路中的准直与聚焦；两个所述小孔光阑平行相对设置在出射的反射镜与所述透射反射片之间，用于定位，使入射所述透射反射片的所述准直光与太赫兹波共线。优选地，所述透射反射片为ITO玻璃。优选地，还包括第一分光片、第一透镜、第二透镜和至少三个反射镜；所述分光元件为第二分光片；所述第一分光片用于将所述激光光源产生的激光分为所述泵浦光束和所述探测光束；所述第一透镜用于将所述泵浦光束聚焦后输入所述太赫兹波产生单元；至少三个反射镜用于调整所述探测光束的传输光路以入射所述第二分光片；所述第二分光片用于将入射的所述探测光束分为两路；所述第二透镜用于将探测光在所述探测单元中聚焦。(三)有益效果本技术的上述技术方案具有如下优点：本技术提供了一种太赫兹频谱校准系统，针对目前太赫兹时域光谱的频谱校准遇到的问题，利用太赫兹波在固体平板样品中多次反射形成的周期性的标准量具振荡，对太赫兹时域光谱进行频率校准，给出频点误差，作为系统误差衡量标准。标准量具越厚，频谱分辨率越高，频谱分辨率精确可调。并且该系统通过同源的准直光实现间接校准，使得太赫兹波与标准量具垂直，减小非垂直入射引起的频谱误差，有效提高系统的准确性和可靠性。完成太赫兹频谱校准的系统可用于测量太赫兹时域光谱，获得准确的测量光谱。附图说明图1是本技术实施例中太赫兹频谱校准系统结构示意图；图2是本技术实施例中标准量具的太赫兹时域波形及未放置标准量具时的参考太赫兹时域波形；图3a是未优化系统中，400μm厚高阻硅片形成的标准量具振荡理论值和实际值比较图；图3b是本技术实施例中太赫兹频谱校准系统中，500μm厚高阻硅片形成的标准量具振荡理论值和实际值比较图；图4是本技术实施例中太赫兹频谱频点误差图。图中：1：太赫兹波产生单元；2：探测单元；3：反射镜；4：半波片；5：小孔光阑；6：ITO玻璃。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图1所示，本技术实施例提供的一种太赫兹频谱校准系统，包括：激光光源(图中未示出)、太赫兹波产生单元1、探测单元2、太赫兹光路、准直光路、透射反射片、分光元件和标准量具S2，具体地：激光光源用于产生同源的泵浦光束和探测光束，太赫兹波产生单元1用于接收泵浦光束以产生同源太赫兹波。太赫兹光路用于传输太赫兹波，使太赫兹波以45°角入射透射反射片，并在入射透射反射片处反射后，输入探测单元2，在探测单元2中聚焦。标准量具S2为固体平板，使用时设于太赫兹光路中的聚焦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹频谱校准系统，其特征在于，包括：激光光源、太赫兹波产生单元、探测单元、太赫兹光路、准直光路、透射反射片、分光元件和标准量具；所述激光光源用于产生同源的泵浦光束和探测光束；所述太赫兹波产生单元用于接收泵浦光束以产生同源太赫兹波；所述太赫兹光路用于传输太赫兹波，使太赫兹波以45°角入射所述透射反射片并反射后，在所述探测单元聚焦；所述标准量具为固体平板；所述分光元件用于将探测光束分为两路，使一路作为探测光以45°角入射所述透射反射片并透射后，在所述探测单元聚焦；另一路则作为准直光通过所述准直光路，在所述透射反射片处透射后，反向输入所述太赫兹光路。

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹频谱校准系统，其特征在于，包括：激光光源、太赫兹波产生单元、探测单元、太赫兹光路、准直光路、透射反射片、分光元件和标准量具；所述激光光源用于产生同源的泵浦光束和探测光束；所述太赫兹波产生单元用于接收泵浦光束以产生同源太赫兹波；所述太赫兹光路用于传输太赫兹波，使太赫兹波以45°角入射所述透射反射片并反射后，在所述探测单元聚焦；所述标准量具为固体平板；所述分光元件用于将探测光束分为两路，使一路作为探测光以45°角入射所述透射反射片并透射后，在所述探测单元聚焦；另一路则作为准直光通过所述准直光路，在所述透射反射片处透射后，反向输入所述太赫兹光路。2.根据权利要求1所述的太赫兹频谱校准系统，其特征在于：所述太赫兹光路对太赫兹波进行两次准直和两次聚焦，第一次聚焦形成聚焦测量点，第二次聚焦输入所述探测单元；所述聚焦测量点用于设置标准量具或待测样品。3.根据权利要求2所述的太赫兹频谱校准系统，其特征在于：所述太赫兹光路包括第一至第四抛物面镜和过滤片；第一抛物面镜用于将所述太赫兹波产生单元产生的太赫兹波准直，第二抛物面镜用于将准直的太赫兹波聚焦形成聚焦测量点，第三抛物面镜用于将通过聚焦测量点后的太赫兹波再次准直，第四抛物面镜用于将再次准直太赫兹波汇聚，并经所述透射反射片反射后...

【专利技术属性】
技术研发人员：张景，蔡禾，李粮生，孙金海，殷红成，肖志河，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11