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一种用于变频快速扫描的THz光梳光谱检测装置及方法制造方法及图纸

技术编号：37312605 阅读：12 留言：0更新日期：2023-04-21 22:55
本发明专利技术涉及太赫兹波技术领域，具体涉及一种用于变频快速扫描的THz光梳光谱检测装置及方法，所述装置包括信号光梳模块、采样光梳模块、THz辐射产生模块、THz电光采样探测模块、信号采集处理模块；所述信号光梳模块、采样光梳模块具有变频模块可变频，且与信号采集处理模块使用相同的时钟信号；将THz辐射产生模块中的两个4F共焦空间系统输出的THz脉冲和第二光线收束组件输出的采样脉冲共同输入到用于探测THz电场变化的THz电光采样探测模块；所述信号采集处理模块用于从THz电光采样探测模块获取THz电场变化数据，并转化为高分辨THz频谱信息。本发明专利技术可实现快速变频且高分辨的THz光谱采样。采样。采样。

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【技术实现步骤摘要】
一种用于变频快速扫描的THz光梳光谱检测装置及方法


[0001]本专利技术涉及太赫兹波
，具体涉及一种用于变频快速扫描的THz光梳光谱检测装置及方法。

技术介绍

[0002]太赫兹（THz）处于电磁学与光学领域研究之间，兼具了两者的特性，如安全性、透视性、物质特征谱分辨特性等，在生医成像、安防反恐、物质表征等领域有着广泛应用。THz的产生与探测是太赫兹时域光谱（THz
‑
TDS）研究的重要环节，而光谱测量的分辨率、速度与灵敏度是THz
‑
TDS走向实用化的重要指标。
[0003]基于双光梳异步电光采样技术，采用两个重复频率有微小差异的光梳拍频，可通过无扫描方式获取THz时频域信息。然而THz脉冲宽度通常在几ps量级，其脉冲周期在ns以上，采样脉冲宽度在fs量级，因此在异步采样过程中两个周期间隔较长，限制了采样速度。通过对采样光梳的重复频率进行变频可实现信号部分的精确采样，但基于锁模激光器的光梳光源受限于固定腔长，其重复频率调谐范围有限，无法实现大幅度变频。电光频率梳（电光梳）可对CW激光进行强度调制或相位调制产生，其重复频率由电光调制器的驱动频率决定，在MHz至GHz范围内灵活调节，可代替传统的固定频率光源实现变频。然而，电光梳的输出光脉冲宽度受限于调制的电学脉冲，因此只能实现ps脉冲输出；目前，通过非线性介质展宽与色散控制可获得fs电光梳光源，但其重复频率多在GHz量级，峰值功率较低，无法产生THz脉冲或作为采样脉冲进行高分辨采样。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于提供一种用于变频快速扫描的THz光梳光谱检测装置，可实现快速变频且高分辨的THz光谱采样。
[0005]为了达到上述目的，提供了一种用于变频快速扫描的THz光梳光谱检测装置，包括信号光梳模块、采样光梳模块、THz辐射产生模块、THz电光采样探测模块、信号采集处理模块；所述信号光梳模块、采样光梳模块和信号采集处理模块使用相同的时钟信号；
[0006]所述信号光梳模块包括依次连接的第一信号发生器、第一飞秒电光梳和第一光线收束组件；
[0007]所述THz辐射产生模块包括第一光电导天线、两个4F共焦空间系统和样品池，将第一光线收束组件收束的信号光梳射入第一光电导天线，并将产生的THz脉冲通入两个4F共焦空间系统，所述样品池位于两个4F共焦系统的焦点处；所述4F共焦空间系统包括一对离轴抛物面镜；
[0008]所述采样光梳模块包括依次连接的第二信号发生器、第二飞秒电光梳和第二光线收束组件，输出采样光梳；所述信号光梳模块与采样光梳模块之间设有光梳变频模块，所述光梳变频模块用于根据第一信号发生器和第二信号发生器进行信号光梳变频或采样光梳变频；
[0009]将两个4F共焦空间系统输出的THz脉冲和第二光线收束组件输出的采样脉冲共同输入到用于探测THz电场变化的THz电光采样探测模块；
[0010]所述信号采集处理模块用于从THz电光采样探测模块获取THz电场变化数据，并转化为高分辨THz频谱信息。
[0011]进一步，所述第一飞秒电光梳和第二飞秒电光梳均包括连续激光器，所述连续激光器的光学频率被锁定于稳腔。
[0012]进一步，所述THz电光采样探测模块包括光路连接设置的电光晶体、1/4波片、第一反射镜、沃拉斯通棱镜和平衡探测器；将两个4F共焦空间系统输出的THz脉冲和第二光线收束组件输出的收束光线共同输入到电光晶体中；所述平衡探测器用于探测THz电场变化，得到THz电场变化数据。
[0013]进一步，所述THz电光采样探测装置包括光路连接设置的第二反射镜、第三反射镜、第二光导天线和电流放大器，将THz脉冲注入到第二光电导天线，以及将采样脉冲经第二反射镜、第三反射镜注入到第二光电导天线，形成光电流；再通过电流放大器放大电流信号，得到THz电场变化数据。
[0014]进一步，所述信号采集处理模块包括数据采集卡，所述数据采集卡与平衡探测器电连接，所述数据采集卡包括傅里叶变换子模块，所述傅里叶变换子模块用于将THz电场变化数据转换为高分辨THz频谱信息。
[0015]进一步，所述第一飞秒电光梳和第一光线收束组件之间设有倍频晶体；所述第二飞秒电光梳和第二光线收束组件之间也设有倍频晶体。
[0016]进一步，还包括第三光梳模块，所述第三光梳模块包括依次连接的第三信号发生器、第三飞秒电光梳和第三光线收束组件，以及第四反射镜、延迟线、第五反射镜、第六反射镜和第三光电导天线；所述4F共焦系统的一对离轴抛物面镜之间设有分光镜，将第一光电导天线输出的第一THz光梳和第三光电导天线输出的第三THz光梳共同输入带分光镜11进行合束。
[0017]进一步，选择采样光梳变频时，所述光梳变频模块用于控制第一信号发生器产生扫频触发信号，并发与第二信号发生器；选择信号光梳变频时，所述光梳变频模块用于控制第二信号发生器产生扫频触发信号，并发与第一信号发生器和第三信号发生器。
[0018]进一步，还包括第四光梳模块，所述第四光梳模块包括依次连接的第四信号发生器、第四飞秒电光梳和第七反射镜，所述第四飞秒电光梳的输出光经反射镜，斜入射至样品池中。
[0019]本专利技术的目的之二在于提供一种用于变频快速扫描的THz光梳光谱检测方法，运用于上述装置，具体包括以下步骤：
[0020]S1、设置第一信号发生器的输出频率为f
r1
，第二信号发生器的输出频率为f
r2
；
[0021]S2、确定光梳变频模块的变频对象为第一信号发生器或第二信号发生器；当变频对象为使第一信号发生器时，执行步骤S4；当变频对象为第二信号发生器时，执行步骤S3；
[0022]S3、使第一信号发生器输出两路信号，一路为正弦波信号，通过第一光电导天线输出第一THz光梳；另一路方波信号进入第二信号发生器的扫频触发端，作为扫频触发信号，其周期是THz脉冲周期的N倍；再执行步骤S5；
[0023]S4、使第二信号发生器输出两路信号，一路为正弦波信号，作为采样光梳；另一路
方波信号进入第二信号发生器的扫频触发端，作为扫频触发信号，其周期是THz脉冲周期的N倍；再执行步骤S6；
[0024]S5、当触发开始时，设采样脉冲频率为f
r2
=f
r1
±
Δf，使THz电光采样探测模块根据THz脉冲、采样光梳和扫频触发信号，得到THz电场变化数据；
[0025]S6、当触发开始时，设THz脉冲频率为f
r1
=f
r2
±
Δf，使THz电光采样探测模块根据THz脉冲、采样光梳和扫频触发信号，得到THz电场变化数据；
[0026]S7、将步骤S5或步骤S6得到THz电场变化数据通过信号采集处理模块处理，转化为高分辨THz频谱信息。
[0027]优点：
[0028]1.与传统的太赫兹异步采样相比，融入异步变频电光采样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于变频快速扫描的THz光梳光谱检测装置，其特征在于：包括信号光梳模块、采样光梳模块、THz辐射产生模块、THz电光采样探测模块、信号采集处理模块；所述信号光梳模块、采样光梳模块和信号采集处理模块使用相同的时钟信号；所述信号光梳模块包括依次连接的第一信号发生器、第一飞秒电光梳和第一光线收束组件；所述THz辐射产生模块包括第一光电导天线、两个4F共焦空间系统和样品池，将第一光线收束组件收束的信号光梳射入第一光电导天线，并将产生的THz脉冲通入两个4F共焦空间系统，所述样品池位于两个4F共焦系统的焦点处；所述4F共焦空间系统包括一对离轴抛物面镜；所述采样光梳模块包括依次连接的第二信号发生器、第二飞秒电光梳和第二光线收束组件，输出采样光梳；所述信号光梳模块与采样光梳模块之间设有光梳变频模块，所述光梳变频模块用于根据第一信号发生器和第二信号发生器进行信号光梳变频或采样光梳变频；将两个4F共焦空间系统输出的THz脉冲和第二光线收束组件输出的采样脉冲共同输入到用于探测THz电场变化的THz电光采样探测模块；所述信号采集处理模块用于从THz电光采样探测模块获取THz电场变化数据，并转化为高分辨THz频谱信息。2.根据权利要求1所述的用于变频快速扫描的THz光梳光谱检测装置，其特征在于：所述第一飞秒电光梳和第二飞秒电光梳均包括连续激光器，所述连续激光器的光学频率被锁定于稳腔。3.根据权利要求2所述的用于变频快速扫描的THz光梳光谱检测装置，其特征在于：所述THz电光采样探测模块包括光路连接设置的电光晶体、1/4波片、第一反射镜、沃拉斯通棱镜和平衡探测器；将两个4F共焦空间系统输出的THz脉冲和第二光线收束组件输出的收束光线共同输入到电光晶体中；所述平衡探测器用于探测THz电场变化，得到THz电场变化数据。4.根据权利要求2所述的用于变频快速扫描的THz光梳光谱检测装置，其特征在于：所述THz电光采样探测装置包括光路连接设置的第二反射镜、第三反射镜、第二光导天线和电流放大器，将THz脉冲注入到第二光电导天线，以及将采样脉冲经第二反射镜、第三反射镜注入到第二光电导天线，形成光电流；再通过电流放大器放大电流信号，得到THz电场变化数据。5.根据权利要求3或4所述的用于变频快速扫描的THz光梳光谱检测装置，其特征在于：所述信号采集处理模块包括数据采集卡，所述数据采集卡与平衡探测器电连接，所述数据采集卡包括傅里叶变换子模块，所述傅里叶变换子模块用于将THz电场变化数据转换为高分辨THz频谱信息。6.根据权利要求1所述的用于变频快速扫描的THz光梳光谱检测装置，其特征在于：所述第一飞秒电光梳和第一光线收束组件之间设有倍频晶体；所述第二飞秒电光梳和第二光线收束组件之间也设有倍频晶体。7.根据权利要求1所述的用于变频快速扫描的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾和平，任心仪，李敏，闫明，胡梦云，
申请(专利权)人：重庆华谱量子科技有限公司重庆华谱新能源有限公司重庆华谱信息技术有限公司重庆华谱智能装备有限公司云南华谱量子材料有限公司上海朗研光电科技有限公司广东朗研科技有限公司华东师范大学重庆研究院华东师范大学，
类型：发明
国别省市：

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