一种太赫兹光谱仪及太赫兹收发探头制造技术

本发明专利技术涉及属于太赫兹时域光谱诊断技术领域，尤其是一种太赫兹光谱仪及太赫兹收发探头。本发明专利技术所要解决的技术问题是：目前太赫兹时域光谱系统大多采用离轴抛面镜对太赫兹脉冲进行空间传播，在结构上复杂，光程长，稳定性差，使太赫兹波的能量利用率低下。针对上述存在的问题，提供一种太赫兹光谱仪及太赫兹收发探头，通过太赫兹转换器将激光器发射的激光转换为探测光和泵浦光，进而通过太赫兹收发探头接收太赫兹转换器输出探测光和泵浦光，进行样品反射式探测和透射式探测，得到样品光谱信息。解决了现有技术中存在的太赫兹光谱仪结构复杂，体积大的问题。进一步的，解决现有技术中太赫兹收发探头体积大，太赫兹能量利用效率低的缺点。本发明专利技术包括激光器、太赫兹转换器、太赫兹收发探头等。本发明专利技术应用于太赫兹光谱成像与诊断应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹光谱仪及太赫兹收发探头
本专利技术涉及属于太赫兹时域光谱诊断
，尤其是一种太赫兹光谱仪及太赫兹收发探头。
技术介绍
THZ波或称为太赫兹射线是上个世纪80年代中后期，才被正式明明的。太赫兹波是指频率在0.1THZ到10THZ范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm范围，介于微波与红外之间。太赫兹系统在半导体材料、高温超导材料的性质研究、断层成像技术、无标记的基因检查、细胞水平成像、化学和生物的检查、以及宽带通信、微波定向等许多领域有广泛的应用。目前太赫兹时域光谱系统大多采用离轴抛面镜对太赫兹脉冲进行空间传播，在结构上复杂，光程长，稳定性差，使太赫兹波的能量利用率低下。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种太赫兹光谱仪及太赫兹收发探头，通过太赫兹转换器将激光器发射的激光转换为探测光和泵浦光，进而通过太赫兹收发探头接收太赫兹转换器输出探测光和泵浦光，进行样品反射式探测和透射式探测，得到样品光谱信息。解决了现有技术中存在的太赫兹光谱仪结构复杂、体积大、探测效率低的缺点。进一步的，通过太赫兹透镜与光导天线位置设置，解决现有技术中太赫兹收发探头体积大，太赫兹能量利用效率低的缺点。本专利技术采用的技术方案如下：一种太赫兹光谱仪包括：激光器，用于发射激光；太赫兹转换器，用于将激光器发射的激光转换为探测光和泵浦光；探测光比泵浦光有T时间延迟；所述T是皮秒级到纳秒级；太赫兹收发探头10，用于接收太赫兹转换器输出探测光和泵浦光，产生辐射太赫兹波进行样品反射式探测和透射式探测，通过携带样品信息的太赫兹波进行探测得到样品表面光谱。进一步的，所述太赫兹收发探头包括第一光导天线、第二光导天线、第一太赫兹透镜、第二太赫兹透镜、第三太赫兹透镜；第一光导天线，泵浦光辐射在第一光导天线两电极间的光电导材料上辐射出太赫兹脉冲；由第一光导天线辐射出的太赫兹脉冲经过第一太赫兹透镜、第三太赫兹透镜后，入射至样品表面反射后经过第二太赫兹透镜后辐射到第二光导天线的光电导材料上；第二光导天线，探测光经过光学延迟线延迟后入射到透镜上后聚焦辐射在第二光导天线的光电导材料上，通过探测光辐射在第二光导天线两电极间的光导材料上产生自由载流子，与此同时自由空间传播的携带样品信息的太赫兹脉冲也辐射在第二光导天线两电极间的光导材料上，既可以驱动载流子产生正比于太赫兹瞬间电场的光电流；所述第一太赫兹透镜与第二太赫兹透镜的中心距P，第一太赫兹透镜与第二太赫兹透镜直径为X，所述第三太赫兹透镜的直径Y满足：；泵浦光光能量和探测光光能量对应分别不超过第一光导天线、第二光导天线的能量阀值。进一步的，所述第一太赫兹透镜、第二太赫兹透镜分别与第三太赫兹透镜的焦距为8f或者4f。进一步的，所述太赫兹转换器包括：分光装置，用于将激光器发射的激光分为为泵浦光、探测光，其中泵浦光通过第二透镜8入射至太赫兹收发探头一输入端口，探测光入射至延迟角度转换装置中；所述泵浦光与分光装置入射光光轴垂直；泵浦光通过第一透镜9入射至太赫兹收发探头的探测光与分光装置入射光光轴垂直；延迟角度转换装置，用于将第一分光器输出的探测光进行光信号T时间延迟，并将探测光延迟信号入射至太赫兹收发探头另一输入端口。进一步的，所述分光装置包括分光器及第一调整器，所述其中分光器指的是分束镜5或半反半透透镜，第一调整器是第二波片6或者第二波片，第一调整器用于调节泵浦光和探测光的功率比。进一步的，所述延迟角度转换装置包括延迟装置和角度转换装置，延迟装置是延迟线7。角度转换装置是分束镜14、反射镜或者半反半透透镜。进一步的，当所述角度转换装置是分束镜时，延迟角度转换装置还包括检测装置13，所述分束镜将延迟线输出探测光进行功率分配，经过分束镜透射的探测光入射至检测装置，进行功率检测；经过分束镜反射的探测光入射至太赫兹收发探头另一输入端口。进一步的，所述太赫兹转换器还包括第一可调反射镜2、第二可调反射镜4、第二调整器，所述激光器1发射激光依次经过第一可调反射镜、第二调整器、第二可调反射镜后，调整激光进入分光装置，所述激光器发射的激光与分光装置入射方向为α，所述α范围是0到180°，第二调整器是第一波片3。一种太赫兹收发探头，此探头用于接收太赫兹转换器输出探测光和泵浦光，进行样品反射式探测和透射式探测，得到样品光谱信息，所述太赫兹收发探头包括第一光导天线、第二光导天线、第一太赫兹透镜、第二太赫兹透镜、第三太赫兹透镜，第一光导天线，泵浦光辐射在第一光导天线两电极间的光电导材料上辐射出太赫兹脉冲；由第一光导天线辐射出的太赫兹脉冲经过第一太赫兹透镜、第三太赫兹透镜后，入射至样品表面反射后经过第二太赫兹透镜后辐射到第二光导天线的光电导材料上；第二光导天线，探测光经过光学延迟线延迟后入射到透镜上后聚焦辐射在第二光导天线的光电导材料上，通过探测光辐射在第二光导天线两电极间的光导材料上产生自由载流子，与此同时自由空间传播的携带样品信息的太赫兹脉冲也辐射在第二光导天线两电极间的光导材料上，既可以驱动载流子产生正比于太赫兹瞬间电场的光电流。所述第一太赫兹透镜与第二太赫兹透镜的中心距P，第一太赫兹透镜与第二太赫兹透镜直径为X，所述第三太赫兹透镜的直径Y满足：；泵浦光光能量和探测光光能量对应分别不超过第一光导天线、第二光导天线的能量阀值。进一步的，所述第一太赫兹透镜、第二太赫兹透镜分别与第三太赫兹透镜的焦距为8f或者4f。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1）通过太赫兹转换器将激光器发射的激光转换为探测光和泵浦光，进而通过太赫兹收发探头接收太赫兹转换器输出探测光和泵浦光，在不改变光路的情况下可以实现对不同厚度的样品进行样品反射式探测和透射式探测，得到样品光谱信息。实现对固体，液体样品的探测。例如，分子制样的压片，生物制样的石蜡标本、血液、新鲜的生物样品等。2）光谱仪通过分光装置将激光器发射的激光分成泵浦光和探测光，其中探测光经过太赫兹转换器后延迟T时间，精确控制太赫兹收发探头中样品表面泵浦光及探测光干涉时间，形成精确的干涉图谱，为后续数据处理提供精确的数据。改为通过调节延迟时间来获得探测脉冲和携带样品光谱信息的太赫兹脉冲在不同时间下的光电流，来获得携带样品信息的太赫兹脉冲的电场时间波形。3）在2）基础上，本光谱仪通过两个可调反射镜（第一可调反射镜、第二可调反射镜），改变激光器发射的激光路径，让激光器发射的激光与分光装置入射方向可以呈现α，当α为180°时。实现了本光谱仪小型化的效果。4）在2）或者3）基础上，当所述角度转换装置是分束镜时，还包括检测装置，所述分束镜将延迟线输出探测光进行功率等分，经过分束镜透射的探测光入射至检测装置，进行功率检测，方便实用，可以实时监测到探测光和泵浦光的能量比。为操作人员提供一个参考。5）可以方便的调节透镜组合样品的距离问题：在收发探头系统后面的便是可以进行三维调整的样品调节台12。通过沿光轴方向的调整就可以实现透镜组与样品的距离调节。此外还可以通过垂直于光轴的面的样品台的二维调节实现太赫兹波的逐点成像。6）本专利技术的太赫兹光谱仪器实现小型化设计。太赫兹转换器的尺寸为515mm×150mm×150mm,太赫兹探头的尺寸为140mm×148mm×150mm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太赫兹光谱仪，其特征在于包括：激光器，用于发射激光；太赫兹转换器，用于将激光器发射的激光转换为探测光和泵浦光；探测光比泵浦光有T时间延迟；所述T是皮秒级到纳秒级；太赫兹收发探头，用于接收太赫兹转换器输出探测光和泵浦光，产生辐射太赫兹波进行样品反射式探测和透射式探测，通过携带样品信息的太赫兹波进行探测得到样品光谱信息对应的光电流。

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹光谱仪，其特征在于包括：激光器，用于发射激光；太赫兹转换器，用于将激光器发射的激光转换为探测光和泵浦光；探测光比泵浦光有T时间延迟；所述T是皮秒级到纳秒级；太赫兹收发探头，用于接收太赫兹转换器输出探测光和泵浦光，产生辐射太赫兹波进行样品反射式探测和透射式探测，通过携带样品信息的太赫兹波进行探测得到样品光谱信息对应的光电流；所述太赫兹收发探头包括第一光导天线、第二光导天线、第一太赫兹透镜、第二太赫兹透镜、第三太赫兹透镜；第一光导天线，泵浦光辐射在第一光导天线两电极间的光电导材料上辐射出太赫兹脉冲；由第一光导天线辐射出的太赫兹脉冲经过第一太赫兹透镜、第三太赫兹透镜后，入射至样品表面反射后经过第二太赫兹透镜后辐射到第二光导天线的光电导材料上；第二光导天线，探测光经过光学延迟线延迟后入射到透镜上后聚焦辐射在第二光导天线的光电导材料上，通过探测光辐射在第二光导天线两电极间的光导材料上产生自由载流子；与此同时自由空间传播的携带样品信息的太赫兹脉冲也辐射在第二光导天线两电极间的光导材料上，驱动载流子产生正比于太赫兹瞬间电场的光电流；所述第一太赫兹透镜与第二太赫兹透镜的中心距P，第一太赫兹透镜与第二太赫兹透镜直径为X，所述第三太赫兹透镜的直径Y满足：；泵浦光光能量和探测光光能量对应分别不超过第一光导天线、第二光导天线的能量阈值;所述太赫兹转换器包括：分光装置，用于将激光器发射的激光分为为泵浦光、探测光，其中泵浦光通过第一透镜入射至太赫兹收发探头一输入端口，探测光入射至延迟角度转换装置中...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷江波，孟坤，朱礼国，刘乔，钟森城，翟召辉，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51