一种多倍频程太赫兹光源中绝对相位的调控方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电磁波相位调整技术，特别涉及一种多倍频程太赫兹光源中绝对 相位的调控方法。
【背景技术】
[0002] 太赫兹波是频率在0. 1到10 THz范围内的电磁波（1 THz=1012 Hz)。太赫兹波 在电磁波谱中位于微波与红外之间，具有光子能量低、携带信息丰富等特性，在人体安全检 查、生物样品检测、无损探测等方面具有广阔的应用前景。
[0003] 若某一频带的电磁波，其频带上限频率是频带下限频率的2倍，则称其覆盖了 1 个倍频程，例如〇. 1-0. 2 THz范围的太赫兹波，频带上限频率0. 2 THz是频带下限频率0. 1 THz的2倍，则称0. 1-0. 2 THz范围的太赫兹波具有1个倍频程。2倍频程、3倍频程等以此 类推。多倍频程的太赫兹光源是指包含多个倍频程的宽带太赫兹源。
[0004] 多倍频程太赫兹光源辐射出的太赫兹波包含多种频谱成分，一系列不同频率的单 色波相互叠加形成一个波包，波包中振幅最大的地方叫做它的中心，波包中心前进的速度 叫做包络群速度。各频率成分对应的相速度不同，每个频率成分的相速度和包络群速度之 间都存在一定的相位差，这种相位差我们无法直接测得，在时域上最直接的表现为波形左 右不对称。而左右对称的太赫兹脉冲，其电场强度高度对称，峰值处的电场振幅最大，是太 赫兹实验中较理想的太赫兹源。为了得到这种左右对称的太赫兹脉冲，我们需要对多倍频 程太赫兹光源直接辐射出的太赫兹波进行相位补偿，这种补偿是针对多种频率成分的相位 调节，使太赫兹波传播到某一特定位置时所有频谱分量的绝对相位值都为零，得到一个左 右对称的宽谱太赫兹脉冲。
[0005] 目前的太赫兹波相位调控技术大多是采用波带片方法，该方法一般是针对特定频 率的太赫兹波设计使用，且对入射到其表面的太赫兹光斑均匀性要求较高。但目前宽带太 赫兹波的应用需求越来越多，多倍频程的太赫兹光由于频带很宽，频率成分众多，很难实现 多个频率成份的同时相位调节，因此现有的技术不适用于多倍频程的宽带太赫兹源。
[0006] 总的来说，目前已有的太赫兹波相位调控技术大多只适用于单一频率。如果在实 际中应用多倍频程的宽带太赫兹源，则无法同步调节多个频率的相位。基于这些实验上的 种种不便捷性，目前还没有多倍频程太赫兹光源中绝对相位的调控方法。
【发明内容】
[0007] 本发明是针对目前已有的太赫兹波相位调控技术大多只适用于单一频率，无法对 宽带太赫兹源进行相位调节的问题，提出了一种多倍频程太赫兹光源中绝对相位的调控方 法，采用特氟龙、TPX、T0PAS等材料制备相位调制片。基于不同频率的太赫兹波在同种材料 内传播的相速度&和包络群速度&可以各不相同，且群速度变化较慢，相速度变化较快，根 据相位变化的计算公式，从而实现多倍频程太赫兹光源中绝对相位的调控。
[0008] 本发明的技术方案为：一种多倍频程太赫兹光源中绝对相位的调控方法，具体包 括如下步骤： 1) 用特氟龙、TPX、TOPAS或其他太赫兹波段的透明材料，制备厚度渐变的相位调制片； 2) 将制备好的相位调制片放入光路中，多倍频程太赫兹光源出射的太赫兹波照射到相 位调制片渐变的表面，太赫兹光斑远小于相位调制片的尺寸，在光斑照射区域内相位调制 片材料厚度视为定值，接收穿过相位调制片的透射波，检测透射波的频谱分量的绝对相位 值； 3) 如果检测的频谱分量的绝对相位值都为零，确定光斑照射穿过相位调制片的厚度， 即为对应照射多倍频程太赫兹波的最佳相位调制片厚度；如果检测的频谱分量的绝对相位 值不为零，移动相位调制片，使太赫兹波通过的相位调制片材料厚度发生变化，从而改变群 速度与相速度之间的相位差，直到所有频谱分量的绝对相位值都为零，所得厚度相位调制 片用于补偿此角频率太赫兹波。
[0009] 所述太赫兹波段的透明材料为特氟龙、TPX、T0PAS中的一种。
[0010] 所述相位调制片为长方形厚度连续可变型相位调制片。
[0011] 所述相位调制片为长方形厚度阶跃可变型相位调制片。
[0012] 所述相位调制片由多片相同材料的相位调制片组合使用，或由不同材料的相位调 制片组合使用。
[0013] 本发明的有益效果在于：本发明多倍频程太赫兹光源中绝对相位的调控方法，装 置简单，容易操作。在实际操作过程中，只需要将设计好的太赫兹相位调制片放进光路中， 根据实际实验需要选择厚度即可，也可用几种不同材料的太赫兹相位调制片组合使用。该 方法对于各种频宽的太赫兹光源都是适用的。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明长方形厚度连续可变型相位调制片正视图； 图2为本发明长方形厚度连续可变型相位调制片俯视图； 图3为本发明长方形厚度阶跃可变型相位调制片正视图； 图4为本发明长方形厚度阶跃可变型相位调制片俯视图； 图5为本发明振荡脉冲的极大值相对于波包中心位置的相位差示意图。
【具体实施方式】
[0015] 如图1、2所示长方形厚度连续可变型相位调制片正视和俯视图，是利用特 氟龙、TPX、T0PAS或其他太赫兹波段的透明材料制备而成，其最大和最小厚度可根 据实际实验要求设计。将其放入光路中，多倍频程太赫兹光源辐射出的太赫兹波 照射到其表面，在光斑照射区域内材料厚度视为定值（由于太赫兹光斑远小于相位 调制片的尺寸，所以即使是厚度连续可变型相位调制片，在光斑照射区域内材料厚 度也可视为定值)。不同频率的太赫兹波在该相位调制片内传播的相速度和包络群 速度可以各不相同，且群速度变化较慢，相速度变化较快，相位变化的计算公式为
，其中，d为太赫兹波经过的材料的厚度，ω为太赫兹波的角频率，为太 赫兹波的相速度，&为太赫兹波的包络群速度，因此可同时对不同频率的太赫兹波进行相 位调制。实验过程中需调节时，移动相位调制片，使太赫兹波通过的材料厚度发生变化，从 而改变群速度