消除位相误差的反射式太赫兹光谱分析方法技术

一种消除位相误差的反射式太赫兹光谱分析方法，包括如下步骤：（１）测量没有放置样品时的参考信号太赫兹时域波形；（２）测量载有待测样品信息的太赫兹时域波形；（３）由太赫兹时域波形分别得到参考信号以及待测样品在有效频率范围内的振幅谱ｒｒ（ω）、ｒｓ（ω），ω为相应的角频率；（４）将待测样品的振幅谱除以参考信号的振幅谱得到相对反射率谱（５）由得到的相对反射率谱ｒ（ω），通过计算提取待测样品在太赫兹波段的特征吸收谱。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及反射式太赫兹光谱分析方法，具体地说本专利技术涉及对弱极性有机化合 物材料进行反射式太赫兹光谱测量后，不需要人为干涉即可消除反射式光谱测量系统中位 相误差的太赫兹光谱分析方法。
技术介绍
反射式太赫兹时域光谱技术(THz-RTDS) —直以来都被认为是更接近于实际应用 的探测目标物体特性的方法。反射式测量可以提供样品表面和内部的距离信息，因此可以 对物体的三维图像进行重构；更有利于探测对太赫兹辐射不透明的大而厚的物体；并且是 一种可以检验和识别埋在不可穿透材料中的目标物的方法，例如检查恐怖分子身上携带的 炸药，航空隔热材料中的缺陷等等。在反射式太赫兹时域光谱技术对材料信息提取中，根据菲涅尔公式，通常需要 分别测量样品信号和参考信号，并计算二者精确的位相和振幅来求解样品消光系数。但 是，材料吸收引起的信号的位相变化的推导一直以来都存在一个难题，那就是所谓的 misplacement phase error”，即提取参考信号的反射界面和提取样品信号的反射界面不 完全重合，两反射界面之间的距离差造成的位相误差非常难以修正。为了解决这个难题，各种报道记载了多种方法，包括精确的调节实验系统、数字修 正计算法以及利用K-K变换关系(Kramers-Kronig transform)直接由振幅反射率计算位 相差等。但是这些方法不是需要人为干预就是需要很大的计算量，处理起来十分复杂。
技术实现思路
本专利技术提供一种，对参考信号和待测 样品的振幅谱进行分析处理，提取出待测样品在系统有效频率范围内的特征吸收谱，从而 解决了传统的反射式太赫兹光谱分析方法需要人为消除位相误差，且不适用于具有大气衰 减的实验系统的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术的一种消除位相误差的反射式太赫兹光谱分析方 法，包括如下步骤(1)测量没有放置样品时的参考信号太赫兹时域波形；(2)测量载有待 测样品信息的的太赫兹时域波形；(3)由太赫兹时域波形分别得到参考信号以及待测样品 在系统有效频率范围内的振幅谱A (ω)、rs(co)，ω为相应的角频率；(4)将待测样品的振幅谱除以参考信号的振幅谱得到相对反射率谱=(5)由得到的相对反射率谱r (ω)，通过计算提取出待测样品在系统有效频率范围内的特征吸收谱。 αω其中，步骤(3)中太赫兹时域波形通过傅立叶变换得到参考信号以及待测样品在 系统有效频率范围内的振幅谱。其中，步骤(1)和(2)中测量的太赫兹时域波形为一维太赫兹时域波形。3其中，步骤(1)和(2)中测量的太赫兹时域波形为二维测量中的太赫兹时域波形。其中，所述待测样品为弱极性的有机化合物材料。利用本专利技术的，能够有效消除参考信 号的反射界面和提取样品信号的反射界面不完全重合造成的位相误差，且本专利技术的计算过 程与传统的方法相比更加简便，达到了有益的技术效果。附图说明图1为消除位相误差的反射式太赫兹光谱分析装置的示意图；图2为传统处理方法及本专利技术的方法对爆炸物黑索金(RDX)的特征吸收谱的提取 结果。其中曲线1是利用传统的处理方法，通过人为消除位相误差计算得到爆炸物黑索金 (RDX)的特征吸收谱；曲线2是通过本专利技术计算得到爆炸物黑索金(RDX)的特征吸收谱；图3为传统处理方法及本专利技术的方法对爆炸物2，4_DNT的特征吸收谱的提取结 果。其中曲线1是利用传统的处理方法，通过人为消除位相误差计算得到爆炸物2，4-DNT 的特征吸收谱；曲线2是通过本专利技术计算得到爆炸物2，4-DNT的特征吸收谱。附图标记说明M1-M6 反射镜；PM1-PM4 抛面镜；1 分束镜；2 斩波器；3 太赫兹发射极；4 样 品架；5 偏振片；6 导电玻璃I TO ；7 探测晶体；8 四分之一波片；9 沃拉斯顿棱镜；10 差分探头；ι-泵浦光；II-探测光。具体实施例方式为了使本专利技术的形状、构造以及特点能够更好地被理解，以下将列举较佳实施例 并结合附图进行详细说明。图1为消除位相误差的反射式太赫兹光谱分析装置的示意图，本装置中所使用 的激光光源是美国光谱物理公司制造的钛宝石飞秒激光器，激光功率0. 90W，脉冲宽度 IOOfs，重复频率82MHz，中心波长800nm。如图1所示，激光器产生的飞秒激光经过分束器1分成两束光透射光和反射光。 透射的一束光较强作为泵浦光I，它经反射镜调整光路后入射到太赫兹发射极3上，该太赫 兹发射极3为P型InAs晶体。在分束器1与反射镜之间设有斩波器2，以调制泵浦光I的 输出脉冲。在太赫兹发射极3上，泵浦光I通过光整流效应产生太赫兹波。产生的太赫兹波由抛面镜及反射镜调整光路，并聚焦到置于样品架4上的待测样 品上，经待测样品反射。反射后的太赫兹波便会携带上待测样品的信息。反射后的太赫兹 波经过多个抛面镜的准直聚焦，并被导电玻璃6反射，而聚焦到探测晶体7上，探测晶体7 为ZnTe晶体，导电玻璃6为ITO导电玻璃。反射的一束光作为探测光II，探测光II经过偏振片5调整为水平偏振光，由反射 镜M6反射后透过ITO导电玻璃6，入射到探测晶体7上太赫兹波的聚焦点上。在探测晶体 7内部，探测光II被太赫兹电场调制，以便通过电光取样的方法进行探测。被太赫兹电场调制后的探测光I I通过四分之一波片8，使探测光II于开始测量 时被调整为光强相等的ο光和e光，然后该偏振方向相互垂直的ο光和e光由渥拉斯顿棱 镜9分开，通过差分探头10接锁相放大器进行探测。该锁相放大器与斩波器2相连接，以提取太赫兹信号。探测到的结果通过计算机进行数据采集、处理，得到太赫兹波的时域波形 图。上述为一维光谱成像的太赫兹光谱分析系统，得到的是待测样品中单个点的太赫 兹时域波形，通过后续处理得到该点的特征吸收谱。本专利技术也可以进行二维光谱成像，相应 的二维光谱成像系统需要将待测样品固定在二维精密电控平移台上，进行二维移动，从而 得到待测样品中所有点的特征吸收谱。具体的太赫兹二维光谱分析系统如下激光器产生的飞秒激光经过分束器1分成两束光透射光和反射光。透射的一束 光较强作为泵浦光I，它经反射镜调整光路后入射到太赫兹发射极3上，该太赫兹发射极3 为P型InAs晶体。在分束器1与反射镜之间设有斩波器2，以调制泵浦光I的输出脉冲。 在太赫兹发射极3上，泵浦光I通过光整流效应产生太赫兹波。样品架4固定在二维精密电控平移台上，可以进行二维移动。待测样品置于该样 品架4上。产生的太赫兹波由抛面镜及反射镜调整光路后，聚焦到置于样品架4上的待测 样品上，经待测样品反射。这样当太赫兹通过待测样品时便会携带上待测样品的信息。待测样品在二维精密电控平移台的带动下每移动一个点，测量一次该点的太赫兹 时域光谱信号，直到将待测样品上的各个点都测量完成，这样就获得了待测样品上各个点 的太赫兹时域光谱信号。通过对测量数据的采集和处理就可以获得待测样品的二维光谱图 像。反射后的太赫兹波经过多个抛面镜的准直聚焦，并被ITO导电玻璃6反射，而聚焦 到探测晶体7上，探测晶体7为ZnTe晶体。反射的一束光作为探测光II，探测光II经过偏振片5调整为水平偏振光，由反射 镜M6反射后透过ITO导电玻璃6，入射到探测晶体7上太赫兹波的聚焦点上。在探测晶体 7内部，探测光II被太赫兹电场调制，以便通过电光取样的方法进行探测。被太赫兹电场调制后的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
一种消除位相误差的反射式太赫兹光谱分析方法，其特征在于，包括如下步骤(1)测量没有放置样品时参考信号的太赫兹时域波形；(2)测量载有待测样品信息的太赫兹时域波形；(3)由太赫兹时域波形分别得到参考信号以及待测样品在系统有效频率范围内的振幅谱rr(ω)、rs(ω)，ω为相应的角频率；(4)将待测样品的振幅谱除以参考信号的振幅谱得到相对反射率谱(5)由得到的相对反射率谱r(ω)，通过计算提取出待测样品在系统有效频率范围内的特征吸收谱。FSA00000283370600011.tif,FSA00000283370600012.tif2.如权利要求1中所述的消除...

【专利技术属性】
技术研发人员：张存林，张亮亮，钟华，邓朝，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：11