專利名稱：基于光學(xué)整流的太赫茲時域光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于光學(xué)整流的太赫茲時域光譜儀，屬于太赫茲時域光譜裝置的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
太赫茲(THz，1THz＝1012Hz)頻段是指頻率從0.1THz到10THz、介于毫米波與紅外光之間的電磁輻射區(qū)域。長期以來對于太赫茲輻射脈沖的產(chǎn)生和探測缺乏有效的方法，致使人們對于該波段電磁輻射性質(zhì)的了解非常有限，以至于該波段被稱為電磁波譜中的THz空隙，也是電磁波譜中有待進(jìn)行全面研究的最后一個頻率窗口。
由相干的飛秒激光脈沖通過光學(xué)整流效應(yīng)產(chǎn)生的太赫茲波具有很高的時間和空間相干性。現(xiàn)行的太赫茲時域光譜技術(shù)(THz-TDS)是20世紀(jì)80年代由AT&T，Bell實驗室和IBM公司共同發(fā)展起來的一種非常有效的電磁輻射相位相干測試技術(shù)；我們創(chuàng)造的THz小波變換時域光譜技術(shù)(THz-WTDS)可以直接測量振蕩電磁場的振幅和相位及頻譜在時域的分布特性，這一特點(diǎn)使得太赫茲科學(xué)技術(shù)在研究材料的瞬態(tài)相干動力學(xué)問題時具有極大的優(yōu)勢。THz時域光譜技術(shù)具有很高的探測信噪比和較寬的探測帶寬，可廣泛用于多種樣品特征譜的探測。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種基于光學(xué)整流的太赫茲時域光譜儀，該光譜儀測量可透性物質(zhì)的太赫茲時域光譜，該光譜儀的頻率范圍為0.5～2.5THz，光譜分辨精度為0.03～0.0001。
本實用新型是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的，一種基于光學(xué)整流的太赫茲時域光譜儀，其特征在于，該光譜儀包括飛秒脈沖激光器1，設(shè)置在脈沖激光器輸出端的分束器2和光學(xué)延遲裝置3，設(shè)置在真空系統(tǒng)中的太赫茲發(fā)射器10-1、太赫茲探測器10-5；和數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)11；在分束器2與太赫茲發(fā)射器10-1之間依次設(shè)置斬波器6、平面反射鏡7和平凸透鏡9，在赫茲發(fā)射器10-1之后設(shè)置離軸拋物面發(fā)射鏡10-2；由飛秒脈沖激光器1、分束器2、斬波器6、平面反射鏡7、平凸透鏡9和太赫茲發(fā)射器10-1構(gòu)成泵浦光路；在光學(xué)延遲裝置3與太赫茲探測器10-5之間依次設(shè)置平面反射鏡4、5及平凸透鏡8和離軸拋物面發(fā)射鏡10-4，在太赫茲發(fā)射器10-1與太赫茲探測器10-5之間設(shè)置泵浦光濾波器10-3；由飛秒脈沖激光器1、分束器2、光學(xué)延遲裝置3、平面反射鏡4、5及平凸透鏡8、離軸拋物面鏡10-4和太赫茲探測器10-5構(gòu)成探測光路；所述的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)11依次包括平面發(fā)射鏡11-1，平凸透鏡11-2，四分之一波片11-3，渥拉斯頓棱鏡11-4，平衡探測器11-5，鎖相放大器11-6，計算機(jī)11-7。
本實用新型的優(yōu)點(diǎn)是利用由計算機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，測量可透性物質(zhì)的太赫茲時域電場信號，并顯示于計算機(jī)屏幕，便于數(shù)據(jù)分析；可獲得透射性物質(zhì)的時域光譜，光譜分辨精度達(dá)為0.03～0.001；真空系統(tǒng)將太赫茲發(fā)射、探測部分納入其中，避免了空氣中水對太赫茲吸收的影響，提高了可透性物質(zhì)光譜的測量精度；在泵浦光路上安裝透鏡用以改變泵泵浦光的功率密度，以此控制太赫茲波的輻射效率。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
圖中，1-飛秒脈沖激光器，2-分束器，3-光學(xué)延遲裝置，3-1、3-2-平面發(fā)射鏡，4、5、7-平面反射鏡，6-斬波器，8、9-平凸透鏡，10-太赫茲發(fā)射和探測主體，10-1-太赫茲發(fā)射器，10-2、10-4-離軸拋物面反射鏡，10-3-泵浦光濾波器，10-5-太赫茲探測器，11-數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，11-1-平面發(fā)射鏡，11-2-平凸透鏡，11-3-四分之一波片，11-4-渥拉斯頓棱鏡，11-5-平衡探測器，11-6-鎖相放大器，11-7-計算機(jī)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對實用新型作進(jìn)一步的描述。
本實用新型以高重復(fù)率飛秒激光脈沖作為激勵源，飛秒脈沖光源可以是摻鈦藍(lán)寶石自鎖模飛秒脈沖激光器1或飛秒激光放大器，輸出的脈沖重復(fù)頻率大于1KHz，脈沖寬度小于100飛秒，波長為820nm的線偏振光，其偏振方向與裝置底板平行。飛秒激光經(jīng)分束器2被分為兩束一束光為70％，另一束光為30％，分別作為泵浦光和探測光。泵浦光經(jīng)過1050Hz斬波器6，然后由平凸透鏡9聚焦到太赫茲發(fā)射器10-1上，根據(jù)光學(xué)整流原理產(chǎn)生太赫茲輻射波。其中平凸透鏡9放在沿泵浦光束方向可移動的高精度平臺上，通過移動平凸透鏡9，改變泵浦光照射到太赫茲發(fā)射器上的光斑尺寸。產(chǎn)生的太赫茲輻射波經(jīng)過10-2、10-4兩個離軸拋物面反射鏡構(gòu)成的4f系統(tǒng)，聚焦在太赫茲探測器10-5上。為了避免剩余的泵浦光對太赫茲輻射波探測的影響，需要在10-2、10-4兩個離軸拋物面反射鏡之間設(shè)置泵浦光濾波器10-3。計算機(jī)11-7控制馬達(dá)驅(qū)動的光學(xué)延遲線的精度為0.1μm。太赫茲輻射波和探測光束被共線的耦合到太赫茲探測晶體10-5上。利用線性電光效應(yīng)，對太赫茲波的電場進(jìn)行電光采樣，以探測被測THz波的時域信號。平衡探測器11-5可以消除外源性噪聲。在沒有附加被測THz信號的情況下，旋轉(zhuǎn)1/4波片11-3，使平衡探測器輸出為零，如此可以預(yù)偏置平衡探測器處于線性區(qū)。太赫茲發(fā)射和探測主體10置于真空系統(tǒng)，真空系統(tǒng)避免了空氣中水對太赫茲吸收的影響，提高了物質(zhì)光譜的測量精度。所探測到的THz波時域信號可以采用THz時域光譜技術(shù)獲得被測物質(zhì)頻譜信號，也可以用小波變換技術(shù)處理，獲得物質(zhì)特征譜的時域分布特性。
權(quán)利要求1.一種基于光學(xué)整流的太赫茲時域光譜儀，其特征在于，該光譜儀包括飛秒脈沖激光器(1)，設(shè)置在脈沖激光器輸出端的分束器(2)和光學(xué)延遲裝置(3)，設(shè)置在真空系統(tǒng)中的太赫茲發(fā)射器(10-1)、太赫茲探測器(10-5)；及數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)(11)；在分束器(2)與太赫茲發(fā)射器(10-1)之間依次設(shè)置斬波器(6)、平面反射鏡(7)和平凸透鏡(9)，在赫茲發(fā)射器(10-1)之后設(shè)置離軸拋物面反射鏡(10-2)；由飛秒脈沖激光器(1)、分束器(2)、斬波器(6)、平面反射鏡(7)、平凸透鏡(9)和太赫茲發(fā)射器(10-1)構(gòu)成泵浦光路；在光學(xué)延遲裝置(3)與太赫茲探測器(10-5)之間依次設(shè)置平面反射鏡(4)、(5)及平凸透鏡(8)和離軸拋物面反射鏡(10-4)，在太赫茲發(fā)射器(10-1)與太赫茲探測器(10-5)之間設(shè)置泵浦光濾波器(10-3)；由飛秒脈沖激光器(1)、分束器(2)、光學(xué)延遲裝置(3)、平面反射鏡(4)、(5)及平凸透鏡(8)、離軸拋物面反射鏡(10-4)和太赫茲探測器(10-5)構(gòu)成探測光路；所述的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)(11)依次包括平面發(fā)射鏡(11-1)，平凸透鏡(11-2)，四分之一波片(11-3)，渥拉斯頓棱鏡(11-4)，平衡探測器(11-5)，鎖相放大器(11-6)，計算機(jī)(11-7)。
專利摘要本實用新型公開了一種基于光學(xué)整流的太赫茲時域光譜儀，屬于太赫茲時域光譜裝置的改進(jìn)。該光譜儀包括飛秒脈沖激光器，置于真空系統(tǒng)中的太赫茲發(fā)射器，太赫茲探測器，及計算機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。本實用新型的優(yōu)點(diǎn)是利用由計算機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，測量可透性物質(zhì)的太赫茲時域電場信號，并顯示于計算機(jī)屏幕，便于數(shù)據(jù)分析；可獲得可透性物質(zhì)的時域光譜，光譜分辨精度達(dá)到0.03～0.001；真空系統(tǒng)將太赫茲發(fā)射、探測部分納入其中，避免了空氣中水對太赫茲吸收的影響，提高了物質(zhì)光譜的測量精度；在泵浦光路上安裝透鏡用以改變泵泵浦光的功率密度，以此控制太赫茲波的輻射效率。
文檔編號G01N21/25GK2874476SQ200620025319
公開日2007年2月28日 申請日期2006年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月10日
發(fā)明者邢岐榮, 郎利影, 柴路, 王清月, 李術(shù)新, 田震 申請人:天津大學(xué)