【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太赫兹探测领域，具体而言，涉及一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统和方法。
技术介绍
1、太赫兹波的探测是太赫兹科技中的一项关键技术，是太赫兹技术投入到实际应用的一个重要环节。由于目前太赫兹辐射源的功率普遍都比较弱，因此发展高灵敏度、高信噪比的太赫兹探测技术尤为重要。依据太赫兹辐射形式的不同，可以将其大致分为针对脉冲太赫兹波信号的探测和针对连续太赫兹波信号的探测两类。在脉冲太赫兹波信号的探测领域，光电导天线采样、电光晶体采样和空气等离子体采样是目前应用最广的探测方法。
2、光电导采样和电光晶体采样因其较高的灵敏度而被广泛应用，但是这两种传统的固体探测方案具有样品价格昂贵，探测带宽较窄的缺点。而且这两种方法动态范围小，易达到饱和，当应用于插入损耗较大的样品测量时，难以实现准确的透过特性标定。基于激光等离子体的采样方案探测带宽通常可以覆盖0.1~20thz以上，成本低，且几乎无饱和现象，动态范围极大。但是目前广泛应用的气体等离子体方案灵敏度低，且对探测光能量依赖较高。2022年，液体中激光等离子体作为太赫兹波的探测介质被报道，提供了相比于气体介质更高的灵敏度并降低了对探测光能量的依赖性。值得注意的是，固体介质通常拥有更大的粒子密度，更高的非线性响应系数和更低的电离阈值，因此，利用固体中激光等离子体光丝的太赫兹波测量方案，既可以保证大带宽、大动态范围、低成本的优势，又可以实现对探测光能量依赖性的进一步降低以及对探测灵敏度的进一步提升，因此是一种极具研究价值的探测手段。然而，目前基于固体中激光等离子
3、（1）传统的基于固体介质探测太赫兹波的方案，通常利用探测晶体二阶非线性效应导致的探测光瞬态双折射现象。为探寻高灵敏度的探测方法，学者们更着重于探索各向异性特征强烈的晶体材料。本专利技术中采用的较为廉价的各种塑料和有机玻璃介质（如ldpe、pet、pmma等），通常不在考虑范围之内。
4、（2）低密度聚乙烯（ldpe）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）、聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）等各向同性介质在太赫兹脉冲驱动下的瞬态双折射效应已经被广泛研究，其不敏感的响应特征是研究者们在发掘太赫兹波探测方案时忽略这些材料的重要原因。
5、（3）传统的利用激光等离子体探测太赫兹波的方案，通常会选用具有自恢复特性的气体介质或者液体介质，固体物质中的激光等离子体光丝易对固体物质本身造成损伤，因此研究者们忽略了基于固体等离子体的太赫兹探测方案。
技术实现思路
1、大多数固体介质具有很强的三阶非线性系数、很高的粒子密度以及很低的电离阈值，为将固体中激光等离子体光丝应用于太赫兹探测提供了理论基础。本专利技术提供一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统和方法，已达到在避免激光等离子体光丝对固体样品损伤的前提下，实现了利用固体中激光等离子体光丝对太赫兹波强度和偏振态的探测，本专利技术仅需每脉冲１微焦的探测光能量，即可实现对1kv/cm微弱太赫兹波的感测。
2、大多数固体介质具有很强的三阶非线性系数、很高的粒子密度以及很低的电离阈值，为将固体中激光等离子体光丝应用于太赫兹探测提供了理论基础。本专利技术提供一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统和方法，已达到在避免激光等离子体光丝对固体样品损伤的前提下，实现了利用固体中激光等离子体光丝对太赫兹波强度和偏振态的探测，本专利技术仅需每脉冲１微焦的探测光能量，即可实现对1kv/cm微弱太赫兹波的感测。
3、为达到上述目的，本专利技术提供了一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统和方法，
4、激光器：用于发射激光；
5、分光镜：用于将激光分成泵浦光和探测光；
6、相干太赫兹源：用于接收泵浦光，并在所述泵浦光的作用下产生太赫兹波；
7、探测样品：用于接收探测光在探测样品上形成的激光等离子体光丝，并同时接收太赫兹波，激光等离子体光丝和太赫兹波在探测样品内发生非线性相互作用并产生荧光辐射信号；
8、光电倍增管：用于接收所述的荧光辐射信号，转化成电信号；
9、计算机：用于将电信号转换成太赫兹时域能量谱。
10、进一步的，所述的分光镜与探测样品之间依次设有时间延迟装置、孔径光阑、半波片、第一凸透镜和离轴打孔抛物面反射镜；所述探测光通过时间延迟装置后经孔径光阑进行光斑尺寸的调节，再经由半波片进行偏振态调节，然后经过第一凸透镜和离轴打孔抛物面反射镜聚焦于所述探测样品上形成激光等离子体光丝。
11、进一步的，所述的分光镜与相干太赫兹源之间设有斩波器，所述的泵浦光通过斩波器照射到相干太赫兹源上，形成太赫兹波；所述的相干太赫兹源与离轴打孔抛物面反射镜之间依次设有太赫兹滤波片、第一太赫兹偏振片和第二太赫兹偏振片；所述的太赫兹波经过太赫兹滤波片滤波后，通过所述第一太赫兹偏振片和所述第二太赫兹偏振片进行能量和偏振态的调节，然后经过离轴打孔抛物面反射镜与探测光共同聚焦于所述探测样品上。
12、进一步的，所述的探测样品与光电倍增管之间依次设有第二凸透镜和带通滤波片，所述的荧光辐射信号由所述第二凸透镜汇聚成平行光，并通过所述带通滤波片进行筛选后送入所述光电倍增管形成电信号。
13、进一步的，所述的相干太赫兹源为bna源、铌酸锂源、磷化镓源、碲化锌源、空气等离子体源、水等离子体源。
14、进一步的，所述探测样品的厚度介于5微米~50微米之间，所述孔径光阑通光直径为0.5mm~2mm，所述第一凸透镜的焦距应介于100mm~300mm之间，所述的探测光光斑尺寸应介于150微米~500微米之间，所述探测光能量应介于每脉冲0.1微焦至每脉冲2微焦之间，所述离轴打孔抛物面反射镜反射的太赫兹波与所述探测样品所在平面的夹角介于80°~100°之间，所述太赫兹波频段范围为0.1~20thz，所述斩波器频率为30～300hz，所述半波片可以实现对探测光偏振角度在0~180°范围内的线性调控，所述的带通滤波片滤波范围为400nm±10nm。
15、进一步的，所述的一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统，其特征在于，所述探测样品包括低密度聚乙烯（ldpe）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）、聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）、聚丙烯（pp）、聚氯乙烯（pvc）、石英、蓝宝石、金刚石、氮化硅等。
16、一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的方法，包括以下步骤：
17、s1：所述激光器发射激光；
18、s2：所述的激光经过所述分光镜分出一束泵浦光和一束探测光；
19、s3：探测光在探测样品上形成激光等离子体光丝；
20、s4：泵浦光在相干太赫兹源上产生太赫兹波，太赫兹波与探测光共同聚焦于所述探测样品上，探测样品中的激光等离子体光丝与太赫兹波发生非线性相互作用产生荧光辐射信号；
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【技术保护点】
1.一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统，其特征在于，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统，其特征在于，所述的分光镜与探测样品之间依次设有时间延迟装置、孔径光阑、半波片、第一凸透镜和离轴打孔抛物面反射镜；所述探测光通过时间延迟装置后经孔径光阑进行光斑尺寸的调节，再经由半波片进行偏振态调节，然后经过第一凸透镜和离轴打孔抛物面反射镜聚焦于所述探测样品上形成激光等离子体光丝。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统，其特征在于，分光镜与相干太赫兹源之间设有斩波器，所述的泵浦光通过斩波器照射到相干太赫兹源上，形成太赫兹波；所述的相干太赫兹源与离轴打孔抛物面反射镜之间依次设有太赫兹滤波片、第一太赫兹偏振片和第二太赫兹偏振片；所述的太赫兹波经过太赫兹滤波片滤波后，通过所述第一太赫兹偏振片和所述第二太赫兹偏振片进行能量和偏振态的调节，然后经过离轴打孔抛物面反射镜与探测光共同聚焦于所述探测样品上。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种利用固体中激光等离子体光丝
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统，其特征在于，所述的相干太赫兹源为BNA源、铌酸锂源、磷化镓源、碲化锌源、空气等离子体源、水等离子体源。
6.根据权利要求1所述的一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统，其特征在于，所述探测样品的厚度介于5微米~50微米之间，所述孔径光阑通光直径为0.5mm~2mm，所述第一凸透镜的焦距应介于100mm~300mm之间，所述的探测光光斑尺寸应介于150微米~500微米之间，所述探测光能量应介于每脉冲0.1微焦至每脉冲2微焦之间，所述离轴打孔抛物面反射镜反射的太赫兹波与所述探测样品所在平面的夹角介于80°~100°之间，所述太赫兹波频段范围为0.1~20THz，所述斩波器频率为30～300Hz，所述半波片可以实现对探测光偏振角度在0~180°范围内的线性调控，所述的带通滤波片滤波范围为400nm±10nm。
7.根据权利要求1所述的一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统，其特征在于，所述探测样品包括低密度聚乙烯（LDPE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、石英、蓝宝石、金刚石、氮化硅等。
8.一种应用于权利要求1至7中所述的一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的方法，其特征在于：探测光通过所述时间延迟装置后，经由所述孔径光阑进行光斑尺寸的调节，再经由所述半波片进行偏振态调节，然后经过所述第一凸透镜，所述离轴打孔抛物面反射镜聚焦于所述探测样品上形成激光等离子体光丝，所述的泵浦光通过斩波器后激发相干太赫兹源产生太赫兹波，太赫兹波经过太赫兹滤波片滤波后经过第一太赫兹偏振片和所述第二太赫兹偏振片进行能量和偏振态的调节，然后经过所述离轴抛物面反射镜与探测光共同聚焦于所述探测样品上，所述探测样品中的激光等离子体光丝与太赫兹波发生非线性相互作用产生的荧光辐射信号经由所述第二凸透镜汇聚成平行光，并通过所述带通滤波片进行筛选，筛选出的信号通过所述光电倍增管生产电信号，电信号送到计算机形成太赫兹时域能量图。
10.根据权利要求9所述的一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的方法，其特征在于：通过调节所述时间延迟装置，计算机记录太赫兹时域能量谱；调节半波片将探测光偏振角度在0~180°范围内进行线性调控，并同时记录太赫兹波的信号强度信息，利用记录信号强度信息中最大值的角度和计算最小值与最大值之间的比值可以分别实现对太赫兹波偏振方向和椭偏度的表征。
...【技术特征摘要】
1.一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统，其特征在于，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统，其特征在于，所述的分光镜与探测样品之间依次设有时间延迟装置、孔径光阑、半波片、第一凸透镜和离轴打孔抛物面反射镜；所述探测光通过时间延迟装置后经孔径光阑进行光斑尺寸的调节，再经由半波片进行偏振态调节，然后经过第一凸透镜和离轴打孔抛物面反射镜聚焦于所述探测样品上形成激光等离子体光丝。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统，其特征在于，分光镜与相干太赫兹源之间设有斩波器，所述的泵浦光通过斩波器照射到相干太赫兹源上，形成太赫兹波；所述的相干太赫兹源与离轴打孔抛物面反射镜之间依次设有太赫兹滤波片、第一太赫兹偏振片和第二太赫兹偏振片；所述的太赫兹波经过太赫兹滤波片滤波后，通过所述第一太赫兹偏振片和所述第二太赫兹偏振片进行能量和偏振态的调节，然后经过离轴打孔抛物面反射镜与探测光共同聚焦于所述探测样品上。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统，其特征在于，所述的探测样品与光电倍增管之间依次设有第二凸透镜和带通滤波片，所述的荧光辐射信号由所述第二凸透镜汇聚成平行光，并通过所述带通滤波片进行筛选后送入所述光电倍增管形成电信号。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统，其特征在于，所述的相干太赫兹源为bna源、铌酸锂源、磷化镓源、碲化锌源、空气等离子体源、水等离子体源。
6.根据权利要求1所述的一种利用固体中激光等离子体光丝探测太赫兹波的系统，其特征在于，所述探测样品的厚度介于5微米~50微米之间，所述孔径光阑通光直径为0.5mm~2mm，所述第一凸透镜的焦距应介于100mm~300mm之间，所述的探测光光斑尺寸应介于150微米~500微米之间，所述探测光能量应介于每脉冲0.1微焦至每脉冲2微焦之间，所述离...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵航，赵跃进，谭永，路广，董立泉，褚旭红，
申请(专利权)人：北京理工大学长三角研究院嘉兴，
类型：发明
国别省市：
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