小型太赫兹时域光谱仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种小型太赫兹时域光谱仪，其特点为：它包括飞秒脉冲光纤激光器，设置在飞秒脉冲光纤激光器输出端的1/2波片与偏振分束器，偏振分束器将一束激光分为2束；一束为泵浦光，另一束为探测光；泵浦光经泵浦光路汇聚到基于光导天线的太赫兹发射器上，利用光导天线辐射太赫兹波；产生的太赫兹辐射波再经透射测量模块或反射测量模块后，将太赫兹辐射波聚集于太赫兹探测器；产生的太赫兹辐射波与探测光束共线耦合到太赫兹探测器上，利用电光效应，对太赫兹波的时域电场进行电光采样，送入数据采集及处理系统进行光电信号转换和处理；具有体积小、密封、方便移动；光谱仪时域分辨精度高，测量速率快，保证测量精度的特点，易于推广应用。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种太赫兹时域光谱仪，特别是一种体积小，易于移动，便于携带 的小型太赫兹时域光谱仪。
技术介绍
太赫兹频段是指频率从0. ITHz到IOTHz的电磁辐射区域。太赫兹辐射由于其具 有瞬态性、低能性和相干性等独特的性质，在卫星通讯、无损检测、军用雷达等方面具有重 大的科学价值和广阔的应用前景。太赫兹光谱技术是太赫兹辐射实用研究的一个重要领 域，这种技术具有很高的探测信噪比和较宽的探测带宽，可广泛用于物质特征谱的探测，尤 其对于毒品和爆炸物的光谱研究具有非常实际的应用前景。目前国际上主要采用的太赫兹时域光谱仪，基本分为分透射型和反射型两种工作 模式，各自相互独立，且大部分还只局限于实验室内的应用，单光谱测量时间长，不能满足 实际应用的需要；同时在使用时还会受到环境的限制。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本技术的目的在于提供一种体积小， 易于移动，只需稍对光谱仪的测量模块进行重新组装，便可实现测量物质的透射太赫兹光 谱或者反射太赫兹光谱的小型太赫兹时域光谱仪。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案一种小型太赫兹时域光谱仪， 包括飞秒脉冲激光器，设置在飞秒脉冲激光器输出端的分束器，分束器将一束激光分为2 束；一束为泵浦光，另一束为探测光；泵浦光经泵浦光路汇聚到太赫兹发射器上，由太赫兹 发射器产生的太赫兹辐射波与经探测光路的探测光束被共线耦合到太赫兹探测器上，太赫 兹探测器获得的光学信号送入数据采集及处理系统进行光电信号转换，获取被测物质的光 学参数；其特点在于上述的飞秒脉冲激光器采用飞秒脉冲光纤激光器，上述的分束器采 用偏振分束器；在飞秒脉冲光纤激光器与偏振分束器之间设有一 1/2波片；上述的太赫兹 发射器采用基于光导天线的太赫兹发射器，利用光导天线辐射太赫兹波；在基于光导天线 的太赫兹发射器至太赫兹探测器之间装有一透射测量模块，太赫兹辐射波依次经上述透射 测量模块和硅片后，汇聚于上述的太赫兹探测器上。上述的透射测量模块由固定在光学底板上的2块镀金离轴抛物面镜与2块太赫兹 透镜组合而成；2块镀金离轴抛物面镜分设在该透射测量模块的2端，互为内斜角设置；在 2块镀金离轴抛物面镜之间插设有2个互为水平面的太赫兹透镜；其中，一块镀金离轴抛物 面镜相对于位于太赫兹发射器后的153mm处设置；另一块镀金离轴抛物面镜相对于上述的 太赫兹探测器设置；2块太赫兹透镜各距其外侧的镀金离轴抛物面镜50mm处设置；2块太 赫兹透镜之间的间距留有100mm。为了实现上述目的，本技术采用的第二种技术方案是将上述技术方案中的 透射测量模块换为反射测量模块；具体技术方案如下一种小型太赫兹时域光谱仪，包括飞秒脉冲激光器，设置在飞秒脉冲激光器输出端的分束器，分束器将一束激光分为2束；一 束为泵浦光，另一束为探测光；泵浦光经泵浦光路汇聚到太赫兹发射器上，由太赫兹发射 器产生的太赫兹辐射波与经探测光路的探测光束被共线耦合到太赫兹探测器上，太赫兹探 测器获得的光学信号送入数据采集及处理系统进行光电信号转换，获取被测物质的光学参 数；其特点在于上述的飞秒脉冲激光器采用飞秒脉冲光纤激光器，上述的分束器采用偏 振分束器；在飞秒脉冲光纤激光器与偏振分束器之间设有一 1/2波片；上述的太赫兹发射 器采用基于光导天线的太赫兹发射器，利用光导天线辐射太赫兹波；在基于光导天线的太 赫兹发射器至太赫兹探测器之间装有一反射测量模块，太赫兹辐射波依次经上述反射测量 模块和硅片后，汇聚于上述的太赫兹探测器上。上述反射测量模块由固定在光学底板上的2块镀金离轴抛物面镜、置于透射镜架 上的2块太赫兹透镜与置于反射镜架上的3块镀铝平面反射镜组合而成；2块镀金离轴抛 物面镜分设在该透射测量模块的2端，互为内斜角设置；在2块镀金离轴抛物面镜之间插设 有2块互为水平面的太赫兹透镜；3块镀铝平面反射镜装于2块太赫兹透镜之间；其中，一 块镀金离轴抛物面镜相对于位于太赫兹发射器后的153mm处设置；另一块镀金离轴抛物面 镜相对于上述的太赫兹探测器设置；2块太赫兹透镜各距其外侧的镀金离轴抛物面镜50mm 处设置；2块太赫兹透镜之间的间距留有100mm。3块镀铝平面反射镜中的2块镀铝平面反射镜位于上述2块太赫兹透镜之间的中 部，2块镀铝平面反射镜一端相交，另一端呈开口状，2块相交的镀铝平面反射镜之间的夹 角为120度；另一块镀铝平面反射镜距上述2块镀铝平面反射镜相交一端的外侧25mm处垂 直设置，在该镀铝平面反射镜与2块镀铝平面反射镜相交一端的内侧留有置放测量样品的 位置。上述的两种技术方案中，所述的泵浦光路、探测光路与数据采集及处理系统是一 样的。上述的泵浦光路由偏振分束器始，依次设置有平面反射镜、快速光学扫描延迟装 置与石英平凸透镜；上述的探测光路由偏振分束器始，依次设置有4块平面反射镜，1块石英平凸透 镜、平面反射镜、偏振片与硅片。上述的数据采集及处理系统由输入端依次设置有1/4波片，石英平凸透镜，沃拉 斯顿棱镜，差分探测器，锁相放大器与计算机。上述的差分探测器由两个光电二极管串联组成；其输入端接收由沃拉斯顿棱镜输 出的两束偏振方向相互垂直的光强信号，分别照射到两个光电二极管上，光电二极管则把 光强信号转化为电信号；电信号通过一根同轴电缆线输入至锁相放大器的差分输入端口 上，电信号经锁相放大器放大后输入至计算机进行数据处理。由于采用了如上技术方案，本技术的有益效果如下1、采用飞秒光纤激光 器作为激励源，取代以往笨重，昂贵的大型激光器，使得系统尺寸得到极大缩减，提高了系 统的集成性，便于移动，配合其他辅助设备使得该光谱仪可以脱离实验室，实现在更加复 杂的环境下进行工作的目的。2、模块化的设计，可实现根据测量物体的需要，方便的实现 测量物体透射太赫兹时域电场信号或者是反射太赫兹时域电场信号；而不用对系统进行 任何改动，即可获得较其他光谱仪更多的太赫兹光谱信息，便于对物质结构性质做出更加5准确的分析。3、采用快速扫描光学延迟装置，将以往4分钟扫描单个光谱的时间，缩短到 0. 1秒一个；光谱测量速率可达10Hz，大大提升了光谱扫描效率，同时光谱时域分辨率可达 0. 034ps，使得系统更加实用。4、采用光导天线太赫兹发射器辐射太赫兹，使得太赫兹强度 达到400nA，频谱宽度达到2. 6THz，太赫兹波性能得到提升。5、在本技术的整个系统加 装外罩，留有进气口，系统整体可充氮气，从而可以避免空气中水对太赫兹的吸收，提高测 量精度。附图说明图1为本技术小型光谱仪实例1的内部结构示意框图图2为本技术小型光谱仪实例2的内部结构示意框图图3为透射测量模块的组装结构示意图图4为反射测量模块的组装结构示意图具体实施方式以下通过实例和附图对本技术的技术方案作进一步详细说明。实例1 如图1所示，本技术的小型太赫兹时域光谱仪由飞秒脉冲光纤激光器1，1/2 波片2，偏振分束器3，泵浦光路，探测光路，基于光导天线的太赫兹发射器7，透射测量模块 8，偏振片15，硅片16，太赫兹探测器17，数据采集及处理系统18组装而成。由飞秒脉冲光纤激光器1发出光源，输出的飞秒光脉冲，其重复频率为75MHz，脉 冲宽度119飞秒，波长800nm，输出功率12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型太赫兹时域光谱仪，包括飞秒脉冲激光器，设置在飞秒脉冲激光器输出端的分束器，分束器将一束激光分为２束；一束为泵浦光，另一束为探测光；泵浦光经泵浦光路汇聚到太赫兹发射器上，由太赫兹发射器产生的太赫兹辐射波与经探测光路的探测光束被共线耦合到太赫兹探测器上，太赫兹探测器获得的光学信号送入数据采集及处理系统进行光电信号转换，获取被测物质的光学参数；其特征在于：所述飞秒脉冲激光器为飞秒脉冲光纤激光器（１），所述分束器为偏振分束器（３）；在飞秒脉冲光纤激光器（１）与偏振分束器（３）之间设有一１／２波片（２）；所述太赫兹发射器为基于光导天线的太赫兹发射器（７）；在基于光导天线的太赫兹发射器（７）至太赫兹探测器（１７）之间装有一透射测量模块（８），所述太赫兹辐射波依次经该透射测量模块（８）、硅片（１６）后汇聚至所述太赫兹探测器（１７）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈京玲，潘锐，和挺，蔡禾，王东，张存林，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：实用新型
国别省市：11