专利名称：基于光学整流的太赫兹时域光谱仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于光学整流的太赫兹时域光谱仪，属于太赫兹时域光谱装置的改进。
背景技术：
太赫兹(THz，1THz＝1012Hz)频段是指频率从0.1THz到10THz、介于毫米波与红外光之间的电磁辐射区域。长期以来对于太赫兹辐射脉冲的产生和探测缺乏有效的方法，致使人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以至于该波段被称为电磁波谱中的THz空隙，也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。
由相干的飞秒激光脉冲通过光学整流效应产生的太赫兹波具有很高的时间和空间相干性。现行的太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)是20世纪80年代由AT&T，Bell实验室和IBM公司共同发展起来的一种非常有效的电磁辐射相位相干测试技术；我们创造的THz小波变换时域光谱技术(THz-WTDS)可以直接测量振荡电磁场的振幅和相位及频谱在时域的分布特性，这一特点使得太赫兹科学技术在研究材料的瞬态相干动力学问题时具有极大的优势。THz时域光谱技术具有很高的探测信噪比和较宽的探测带宽，可广泛用于多种样品特征谱的探测。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种基于光学整流的太赫兹时域光谱仪，该光谱仪测量可透性物质的太赫兹时域光谱，该光谱仪的频率范围为0.5～2.5THz，光谱分辨精度为0.03～0.0001。
本实用新型是通过下述技术方案加以实现的，一种基于光学整流的太赫兹时域光谱仪，其特征在于，该光谱仪包括飞秒脉冲激光器1，设置在脉冲激光器输出端的分束器2和光学延迟装置3，设置在真空系统中的太赫兹发射器10-1、太赫兹探测器10-5；和数据采集及处理系统11；在分束器2与太赫兹发射器10-1之间依次设置斩波器6、平面反射镜7和平凸透镜9，在赫兹发射器10-1之后设置离轴抛物面发射镜10-2；由飞秒脉冲激光器1、分束器2、斩波器6、平面反射镜7、平凸透镜9和太赫兹发射器10-1构成泵浦光路；在光学延迟装置3与太赫兹探测器10-5之间依次设置平面反射镜4、5及平凸透镜8和离轴抛物面发射镜10-4，在太赫兹发射器10-1与太赫兹探测器10-5之间设置泵浦光滤波器10-3；由飞秒脉冲激光器1、分束器2、光学延迟装置3、平面反射镜4、5及平凸透镜8、离轴抛物面镜10-4和太赫兹探测器10-5构成探测光路；所述的数据采集及处理系统11依次包括平面发射镜11-1，平凸透镜11-2，四分之一波片11-3，渥拉斯顿棱镜11-4，平衡探测器11-5，锁相放大器11-6，计算机11-7。
本实用新型的优点是利用由计算机控制的数据采集与处理系统，测量可透性物质的太赫兹时域电场信号，并显示于计算机屏幕，便于数据分析；可获得透射性物质的时域光谱，光谱分辨精度达为0.03～0.001；真空系统将太赫兹发射、探测部分纳入其中，避免了空气中水对太赫兹吸收的影响，提高了可透性物质光谱的测量精度；在泵浦光路上安装透镜用以改变泵泵浦光的功率密度，以此控制太赫兹波的辐射效率。
图1为本实用新型的结构框图。
图中，1-飞秒脉冲激光器，2-分束器，3-光学延迟装置，3-1、3-2-平面发射镜，4、5、7-平面反射镜，6-斩波器，8、9-平凸透镜，10-太赫兹发射和探测主体，10-1-太赫兹发射器，10-2、10-4-离轴抛物面反射镜，10-3-泵浦光滤波器，10-5-太赫兹探测器，11-数据采集及处理系统，11-1-平面发射镜，11-2-平凸透镜，11-3-四分之一波片，11-4-渥拉斯顿棱镜，11-5-平衡探测器，11-6-锁相放大器，11-7-计算机。
具体实施方式
以下结合附图对实用新型作进一步的描述。
本实用新型以高重复率飞秒激光脉冲作为激励源，飞秒脉冲光源可以是掺钛蓝宝石自锁模飞秒脉冲激光器1或飞秒激光放大器，输出的脉冲重复频率大于1KHz，脉冲宽度小于100飞秒，波长为820nm的线偏振光，其偏振方向与装置底板平行。飞秒激光经分束器2被分为两束一束光为70％，另一束光为30％，分别作为泵浦光和探测光。泵浦光经过1050Hz斩波器6，然后由平凸透镜9聚焦到太赫兹发射器10-1上，根据光学整流原理产生太赫兹辐射波。其中平凸透镜9放在沿泵浦光束方向可移动的高精度平台上，通过移动平凸透镜9，改变泵浦光照射到太赫兹发射器上的光斑尺寸。产生的太赫兹辐射波经过10-2、10-4两个离轴抛物面反射镜构成的4f系统，聚焦在太赫兹探测器10-5上。为了避免剩余的泵浦光对太赫兹辐射波探测的影响，需要在10-2、10-4两个离轴抛物面反射镜之间设置泵浦光滤波器10-3。计算机11-7控制马达驱动的光学延迟线的精度为0.1μm。太赫兹辐射波和探测光束被共线的耦合到太赫兹探测晶体10-5上。利用线性电光效应，对太赫兹波的电场进行电光采样，以探测被测THz波的时域信号。平衡探测器11-5可以消除外源性噪声。在没有附加被测THz信号的情况下，旋转1/4波片11-3，使平衡探测器输出为零，如此可以预偏置平衡探测器处于线性区。太赫兹发射和探测主体10置于真空系统，真空系统避免了空气中水对太赫兹吸收的影响，提高了物质光谱的测量精度。所探测到的THz波时域信号可以采用THz时域光谱技术获得被测物质频谱信号，也可以用小波变换技术处理，获得物质特征譜的时域分布特性。
权利要求1.一种基于光学整流的太赫兹时域光谱仪，其特征在于，该光谱仪包括飞秒脉冲激光器(1)，设置在脉冲激光器输出端的分束器(2)和光学延迟装置(3)，设置在真空系统中的太赫兹发射器(10-1)、太赫兹探测器(10-5)；及数据采集及处理系统(11)；在分束器(2)与太赫兹发射器(10-1)之间依次设置斩波器(6)、平面反射镜(7)和平凸透镜(9)，在赫兹发射器(10-1)之后设置离轴抛物面反射镜(10-2)；由飞秒脉冲激光器(1)、分束器(2)、斩波器(6)、平面反射镜(7)、平凸透镜(9)和太赫兹发射器(10-1)构成泵浦光路；在光学延迟装置(3)与太赫兹探测器(10-5)之间依次设置平面反射镜(4)、(5)及平凸透镜(8)和离轴抛物面反射镜(10-4)，在太赫兹发射器(10-1)与太赫兹探测器(10-5)之间设置泵浦光滤波器(10-3)；由飞秒脉冲激光器(1)、分束器(2)、光学延迟装置(3)、平面反射镜(4)、(5)及平凸透镜(8)、离轴抛物面反射镜(10-4)和太赫兹探测器(10-5)构成探测光路；所述的数据采集及处理系统(11)依次包括平面发射镜(11-1)，平凸透镜(11-2)，四分之一波片(11-3)，渥拉斯顿棱镜(11-4)，平衡探测器(11-5)，锁相放大器(11-6)，计算机(11-7)。
专利摘要本实用新型公开了一种基于光学整流的太赫兹时域光谱仪，属于太赫兹时域光谱装置的改进。该光谱仪包括飞秒脉冲激光器，置于真空系统中的太赫兹发射器，太赫兹探测器，及计算机控制的数据采集与处理系统。本实用新型的优点是利用由计算机控制的数据采集与处理系统，测量可透性物质的太赫兹时域电场信号，并显示于计算机屏幕，便于数据分析；可获得可透性物质的时域光谱，光谱分辨精度达到0.03～0.001；真空系统将太赫兹发射、探测部分纳入其中，避免了空气中水对太赫兹吸收的影响，提高了物质光谱的测量精度；在泵浦光路上安装透镜用以改变泵泵浦光的功率密度，以此控制太赫兹波的辐射效率。
文档编号G01N21/25GK2874476SQ200620025319
公开日2007年2月28日 申请日期2006年2月10日 优先权日2006年2月10日
发明者邢岐荣, 郎利影, 柴路, 王清月, 李术新, 田震 申请人:天津大学