【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及远红外光谱的，特别涉及一种基于远红外传感及光谱集成芯片的时域光谱系统。
技术介绍
1、远红外波是指频率在0.1-10thz的电磁波，位于微波和红外光之间，波长为30-3000微米。远红外光子能量很低，对各种材料都基本没有损伤，是一种有效的非接触、无损探测方式。由于水分子与生物大分子的共振，分子间范德华力，偶极子旋转等频率基本都位于远红外频段，因此远红外波又被称为生命之光。远红外时域光谱技术是一种能够同时获得振幅与相位信息的相干探测技术，通过傅里叶变换进行频域分析可以直接获得折射率与吸收系数。同时通过不同的吸收峰和强度可以用来表征晶体中声子的振动模式，生物分子的振动、转动与结构信息。远红外光谱的高灵敏度、高分辨率、高信噪比使其在各个研究领域都备受青睐。受限于远红外时域光谱高昂的成本和测试的复杂性，远红外技术尚未得到广泛应用。近年来，由于远红外发射源与远红外探测技术的日渐成熟，使远红外元器件与各种元件都得到了迅速的发展。然而，目前的远红外光谱与成像技术主要还是基于空间传输技术，远红外需要在空间传输很长一段距离，空气中的水汽对远红外波强烈的吸收限制了远红外信号的准确性与信噪比。此外，在自由空间进行远红外探测也需要占用很大的空间。这使得在一些空间比较狭小的场景，或者水汽浓度较高的场景，远红外光谱技术受到极大的限制。
2、本专利技术解决的两个关键问题：一方面是远红外波的产生与探测部分需要使用大量光学元件对远红外波进行聚焦与准直的调整，需要很大的空间，使得现有的时域光谱系统普遍十分庞大，需要占用非常大的空间。由于体
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术的目的是提供一种基于远红外传感及光谱集成芯片的时域光谱系统，大大减少了器原件数量，通过消除远红外波空间传播和减小损耗，提高样品检测的效率和准确性，同时降低了远红外时域光谱系统的制作成本。为了实现根据本专利技术的上述目的和其他优点，提供了一种基于远红外传感及光谱集成芯片的时域光谱系统，包括：
2、飞秒光源、设置于飞秒光源一侧的光束分束与延迟控制单元、设置于光束分束与延迟控制单元中的远红外传感及光谱集成芯片、设置于远红外传感及光谱集成芯片一侧的超快光电探测模块及与超快光电探测模块信号连接的计算机及存储介质；
3、光束分束与延迟控制单元用于将飞秒激光脉冲分为有一定延迟的两个脉冲，并能精确控制两个脉冲之间的时间延迟，分别用于远红外信号的产生和探测；
4、远红外传感及光谱集成芯片用于宽频远红外的产生、远红外与样品相互作用以及探测远红外信号；
5、超快光电探测模块用于收集远红外调制的光信号，对不同延迟时间下的信号进行采集，使用计算机及存储介质对采集到的远红外时域光谱进行傅里叶变换分析，进行频域光谱的分析。
6、优选的，飞秒光源可以为多种飞秒激光器，包括固态飞秒激光器、光纤飞秒激光器、碟片飞秒激光器。
7、优选的，光束分束与延迟控制单元包括激光分束镜、激光反射镜、透镜及电控步进延迟线。
8、优选的，飞秒光源的一侧设置有第一激光分束镜，第一激光分束镜的下方设置有第一激光反射镜，第一激光反射镜的一侧设置有第二激光反射镜，且第一激光反射镜与第二激光反射镜的下方分别设置有第三激光反射镜与第四激光反射镜，第一激光分束镜远离飞秒光源的一侧设置有第五激光反射镜，第三激光反射镜的下方设置有第六激光反射镜。
9、优选的，远红外传感及光谱集成芯片的两侧分别设置有第一透镜与第二透镜，第二透镜远离远红外传感及光谱集成芯片一侧设置有第二激光分束镜。
10、优选的，超快光电探测模块包括设置于第二激光分束镜一侧的1/4波片、设置于1/4波片一侧的沃拉斯顿棱镜或格兰棱镜、与格兰棱镜信号连接的平衡桥光电探测器、位于第六激光反射镜与第一透镜之间的斩波器及与平衡桥光电探测器信号连接的锁相放大器。
11、本专利技术与现有技术相比，其有益效果是：缩短远红外时域光谱的光学元器件，尽可能减少远红外波在空气中的传播，提升远红外测量的准确度与灵活性。本专利技术提出了一种基于远红外传感及光谱集成芯片的时域光谱系统和测试方法，能够解决现有技术设备复杂、无需额外充入氮气或干燥空气，能够将常规远红外时域光谱系统的尺寸缩小2个数量级，并且减少水汽对光谱分析带来的影响。通过降低系统的复杂程度，极大地提升系统的稳定性，整个系统设计精巧，稳定可靠。
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1.一种基于远红外传感及光谱集成芯片的时域光谱系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种基于远红外传感及光谱集成芯片的时域光谱系统，其特征在于，飞秒光源(1)可以为多种飞秒激光器，包括固态飞秒激光器、光纤飞秒激光器、碟片飞秒激光器。
3.如权利要求2所述的一种基于远红外传感及光谱集成芯片的时域光谱系统，其特征在于，光束分束与延迟控制单元包括激光分束镜、激光反射镜、透镜及电控步进延迟线。
4.如权利要求3所述的一种基于远红外传感及光谱集成芯片的时域光谱系统，其特征在于，飞秒光源(1)的一侧设置有第一激光分束镜(2)，第一激光分束镜(2)的下方设置有第一激光反射镜(3)，第一激光反射镜(3)的一侧设置有第二激光反射镜(4)，且第一激光反射镜(3)与第二激光反射镜(4)的下方分别设置有第三激光反射镜(6)与第四激光反射镜(5)，第一激光分束镜(2)远离飞秒光源(1)的一侧设置有第五激光反射镜(8)，第三激光反射镜(6)的下方设置有第六激光反射镜(7)。
5.如权利要求4所述的一种基于远红外传感及光谱集成芯片的时域光谱系统，其特征
6.如权利要求1所述的一种基于远红外传感及光谱集成芯片的时域光谱系统，其特征在于，超快光电探测模块包括设置于第二激光分束镜(9)一侧的1/4波片(17)、设置于1/4波片(17)一侧的沃拉斯顿棱镜或格兰棱镜(18)、与格兰棱镜(18)信号连接的平衡桥光电探测器(19)、位于第六激光反射镜(7)与第一透镜(15)之间的斩波器(10)及与平衡桥光电探测器(19)信号连接的锁相放大器(20)。
...【技术特征摘要】
1.一种基于远红外传感及光谱集成芯片的时域光谱系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种基于远红外传感及光谱集成芯片的时域光谱系统，其特征在于，飞秒光源(1)可以为多种飞秒激光器，包括固态飞秒激光器、光纤飞秒激光器、碟片飞秒激光器。
3.如权利要求2所述的一种基于远红外传感及光谱集成芯片的时域光谱系统，其特征在于，光束分束与延迟控制单元包括激光分束镜、激光反射镜、透镜及电控步进延迟线。
4.如权利要求3所述的一种基于远红外传感及光谱集成芯片的时域光谱系统，其特征在于，飞秒光源(1)的一侧设置有第一激光分束镜(2)，第一激光分束镜(2)的下方设置有第一激光反射镜(3)，第一激光反射镜(3)的一侧设置有第二激光反射镜(4)，且第一激光反射镜(3)与第二激光反射镜(4)的下方分别设置有第三激光反射镜(6)与第四激光反射镜(5)，第一激光...
【专利技术属性】
技术研发人员：李婧楠，金钻明，彭滟，吴旭，杨颜锶，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：
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