一种去锁相太赫兹时域光谱系统技术方案

本发明专利技术涉及太赫兹技术领域，特别是涉及一种去锁相太赫兹时域光谱系统。该系统包括光纤飞秒激光器、光纤分束器、合波器、分波器、快速扫描延迟线、延迟线控制器、发射光电导天线、接收光电导天线，该系统中的接收光电导天线产生的微弱电流信号经过电流放大器进行信号放大，不需要锁相放大器或者具有锁相功能的软件及硬件模块，直接利用延迟线的快速扫描实现多个太赫兹光谱求平均来提高信噪比，并且延迟线运动过程中的实际位置采用光学干涉的方法进行测量，减小由延迟线步进和机械振动引起的位置偏差，提高了整个系统的抗干扰性。提高了整个系统的抗干扰性。提高了整个系统的抗干扰性。

【技术实现步骤摘要】
一种去锁相太赫兹时域光谱系统


[0001]本专利技术涉及太赫兹
，特别是涉及一种去锁相太赫兹时域光谱系统。

技术介绍

[0002]太赫兹波(THz)一般指电磁频谱上频率在0.1～10THz之间，波长范围在0.03mm～3mm之间的电磁波，其介于微波和红外波之间。从频率上看，该波段属于远红外波段，同时也是宏观电子学向微观光子学的过渡区。太赫兹波具有多种独特的物理性质，例如太赫兹波穿透性好：许多非金属非极性材料，例如陶瓷、泡沫、塑料、复合材料等在太赫兹波段内缺乏相应的振动模式且散射率较低，因此太赫兹波可以对此类材料进行检测；太赫兹波分辨率高：太赫兹波的短波长特性使其在成像应用中有更高的空间分辨率；太赫兹波能级低且可实现非接触：太赫兹波具有较低的光子能，不会破坏被检测物质，对人体无害，而且太赫兹检测属于非接触检测，不会对被测表面造成二次损伤，更易于实现对材料的无损检测。
[0003]现有太赫兹时域光谱系统使用的延迟线大多采用线性步进导轨式平移方式，扫描速度慢，信号噪声大，因此必须配合锁相放大器来提高系统信噪比，造成整套系统结构复杂、体积较大，不便于操作使用。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：提供一种去锁相太赫兹时域光谱系统，无需配合使用锁相放大器或者具有锁相功能的软件及硬件模块，简化系统结构，提高集成化程度。
[0005]技术方案：
[0006]第一方面，提供了一种去锁相太赫兹时域光谱系统，包括：光纤飞秒激光器1、光纤分束器2、快速扫描延迟线3、延迟线控制器4、发射光电导天线6、接收光电导天线7、电流放大器8、合波器11、分波器12，其中，所述光纤分束器2与光纤飞秒激光器1、合波器11、发射光电导天线6采用保偏光纤连接，合波器11与快速扫描延迟线3、延迟线控制器4采用保偏光纤连接，分波器12与快速扫描延迟线3、延迟线控制器4、接收光电导天线7采用保偏光纤连接，光纤飞秒激光器1产生的飞秒激光经过光纤分束器2分成泵浦光和探测光，泵浦光通过保偏光纤直接连接发射光电导天线6，合波器11将经光纤分束器2分束后的探测光和延迟线控制器4内部干涉光装置发出的干涉光合并成一路，并由光纤传输至快速扫描延迟线3的输入接口，分波器12将快速扫描延迟线3输出接口输出的光信号还原成探测光和干涉光，探测光经由光纤传输至接收光电导天线7，干涉光经由光纤传输至延迟线控制器4内部干涉光接收装置，接收光电导天线7在太赫兹辐射和探测光的作用下将探测到的太赫兹辐射转换成微弱的电流信号并输出。
[0007]进一步地，光纤分束器2将光纤飞秒激光器1产生的飞秒激光按20:80的功率比例进行分束，20％作为泵浦光通过保偏光纤连接发射光电导天线6，80％作为探测光通过保偏光纤连接快速扫描延迟线3。
[0008]进一步地，快速扫描延迟线3内部光路上设置有偏振分光棱镜23、第一全反射镜
24、第二全反射镜25、第三全反射镜26、第四全反射镜28、第五全反射镜29、四分之一玻片27，其中，偏振分光棱镜23将输入光信号衰减50％功率后透射给反射镜24以及将由反射镜24反射回来的光信号衰减50％功率后反射到反射镜29，四分之一玻片27设置在第三全反射镜26和第四全反射镜28之间用于保证经由全反射镜28反射回来的光信号偏振态不发生变化。
[0009]进一步地，第一全反射镜24、第二全反射镜25在音圈电机和线性导轨式平移台的带动下，高速往复运动，实现太赫兹时域光谱信号的快速多次扫描。
[0010]进一步地，延迟线控制器4控制快速扫描延迟线3内部线性步进导轨式平移台和音圈电机的运动来调整太赫兹脉冲与探测光之间的相对光程差，利用等效采样原理逐点扫描得到太赫兹脉冲的整个时域波形。
[0011]进一步地，还包括偏置电压源5，用于为发射光电导天线6提供偏置电压，以产生太赫兹辐射。
[0012]进一步地，发射光电导天线6为1560nm光纤耦合型太赫兹天线，太赫兹波发散角为
±
12.5
°
，泵浦光光功率不能大于30mW，偏置电压不能大于100V，调制频率最高75KHz。
[0013]进一步地，电流放大器8将接收光电导天线7输出的电流信号放大后转换成电压信号输出。
[0014]有益效果：
[0015]由于采用快速扫描延迟线，在保证高信噪比的前提下，省去了以往太赫兹时域光谱系统所必须的锁相放大器或者具有锁相功能的软件及硬件模块，进一步提高了太赫兹时域光谱系统的集成度，同时具有很快的扫描速度和很宽的扫描范围。
附图说明
[0016]图1去锁相太赫兹时域光谱系统总体框图；
[0017]1是光纤飞秒激光器，2是光纤分束器，3是快速扫描延迟线，4是延迟线控制器，5是偏置电压源，6是发射光电导天线，7是接收光电导天线，8是电流放大器，9是采集卡，10是上位机及软件，11是合波器，12是分波器。
[0018]图2去锁相太赫兹时域光谱系统测量光路示意图；
[0019]第一离轴抛物面金属镜13、第二离轴抛物面金属镜14、第三离轴抛物面金属镜15、第四离轴抛物面金属镜16，第一TPX透镜17、第二TPX透镜18、第三TPX透镜19、第四TPX透镜20，21是反射式测量光路，22是透射式测量光路。
[0020]图3是快速扫描延迟线内部光路示意图；
[0021]23是偏振分光棱镜，第一全反射镜24、第二全反射镜25、第三全反射镜26、第四全反射镜28、第五全反射镜29，27是四分之一玻片。
具体实施方式
[0022]本专利技术公开了一种去锁相太赫兹时域光谱系统，该系统包括光纤飞秒激光器、光纤分束器、合波器、分波器、快速扫描延迟线、延迟线控制器、偏置电压源、发射光电导天线、接收光电导天线、电流放大器、采集卡、上位机及软件。该系统中的接收光电导天线产生的微弱电流信号经过电流放大器进行信号放大后直接进入采集卡采集并输入到上位机，不需
要锁相放大器或者具有锁相功能的软件及硬件模块，直接利用延迟线的快速扫描实现多个太赫兹光谱求平均来提高信噪比，并且延迟线运动过程中的实际位置采用光学干涉的方法进行测量，减小由延迟线步进和机械振动引起的位置偏差，提高了整个系统的抗干扰性。由于采用快速扫描延迟线，在保证高信噪比的前提下，省去了以往太赫兹时域光谱系统所必须的锁相放大器或者具有锁相功能的软件及硬件模块，进一步提高了太赫兹时域光谱系统的集成度，同时具有很快的扫描速度和很宽的扫描范围。
[0023]下面结合附图和具体实施方式来对本专利技术的技术方案作进一步的阐述。
[0024]如图1，一种去锁相太赫兹时域光谱系统，用于产生太赫兹光谱信号，包括：光纤飞秒激光器1，用于产生飞秒激光；光纤分束器2，用于对光纤飞秒激光器1产生的飞秒激光分成两束，分别为泵浦光和探测光；快速扫描延迟线3，用于产生光程差，通过循环往复运动实现对太赫兹信号的快速等效采样；延迟线控制器4，用于控制快速扫描延迟线3的运动状态和测量快速扫描延迟线3的实际运动位置；合波器11本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种去锁相太赫兹时域光谱系统，其特征在于，包括：光纤飞秒激光器(1)、光纤分束器(2)、快速扫描延迟线(3)、延迟线控制器(4)、发射光电导天线(6)、接收光电导天线(7)、电流放大器(8)、合波器(11)、分波器(12)，其中，所述光纤分束器(2)与光纤飞秒激光器(1)、合波器(11)、发射光电导天线(6)采用保偏光纤连接，合波器(11)与快速扫描延迟线(3)、延迟线控制器(4)采用保偏光纤连接，分波器(12)与快速扫描延迟线(3)、延迟线控制器(4)、接收光电导天线(7)采用保偏光纤连接，光纤飞秒激光器(1)产生的飞秒激光经过光纤分束器(2)分成泵浦光和探测光，泵浦光通过保偏光纤直接连接发射光电导天线(6)，合波器(11)将经光纤分束器(2)分束后的探测光和延迟线控制器(4)内部干涉光装置发出的干涉光合并成一路，并由光纤传输至快速扫描延迟线(3)的输入接口，分波器(12)将快速扫描延迟线(3)输出接口输出的光信号还原成探测光和干涉光，探测光经由光纤传输至接收光电导天线(7)，干涉光经由光纤传输至延迟线控制器(4)内部干涉光接收装置，接收光电导天线(7)在太赫兹辐射和探测光的作用下将探测到的太赫兹辐射转换成微弱的电流信号并输出。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，光纤分束器(2)将光纤飞秒激光器(1)产生的飞秒激光按20:80的功率比例进行分束，20％作为泵浦光通过保偏光纤连接发射光电导天线(6)，80％作为探测光通过保偏光纤连接快速扫描延迟线(3)。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，快速扫描延迟线(3)内部光路上设...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德峰，刘伟，于淼，王彪，张梅菊，高云端，
申请(专利权)人：中航高科智能测控有限公司北京瑞赛长城航空测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：