太赫兹波导测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种太赫兹波导测试系统，它包括飞秒激光器，设置在飞秒脉冲激光器输出端的1/2波片与偏振分束器，偏振分束器将一束光分为泵浦光，和探测光，泵浦光经泵浦光路汇聚到太赫兹发射器上，产生的太赫兹辐射波再经波导测试模块后，将太赫兹辐射波聚集于太赫兹探测器；太赫兹辐射波与探测光束共线耦合到太赫兹探测器上并进而进行测试；本发明还配置三个延迟台系统可用于补偿和改变测量波导时的光程差。本系统在太赫兹波导测试及应用方面具有通用性强，搭建简单，可多次重复使用，测量光谱范围宽的特点。
【专利说明】太赫兹波导测试系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种太赫兹波导测试系统，是一种适用于对各类太赫兹波导能量、波 谱等光学性能开展测试实验的系统。
【背景技术】
[0002] 太赫兹是指频率段在0. ITHz到ΙΟΤΗζ的电磁辐射波。太赫兹波由于具有瞬态性、 低能性和相干性等独特性质，在无损检测、卫星通信、军用雷达、医疗卫生等众多领域具有 重大的科学价值和广阔的应用前景。这其中，太赫兹波导作为传输太赫兹波的有效手段，是 研究物质太赫兹光谱、进行物质检测和探测的关键器件。
[0003] 目前，国内外针对太赫兹波导宽光谱传输性能的研究主要采用太赫兹时域光谱系 统。2011年Ja-YuLu等人的文章中介绍了一种目前比较普遍的波导测试系统。其被测波 导被放置在太赫兹时域光谱系统中两个离轴镀金抛面镜之间，利用一面聚乙烯透镜将太赫 兹波汇聚进入被测波导[Ja-Yu-Lu，0E，Vol. 19No. 1，2011]。该系统搭建复杂，在测试不同 长度类型的波导时需要重复搭建；由于系统中采用聚乙烯透镜，将在自由空间传播的太赫 兹波汇聚，进而耦合进入被测波导的方式，这种方式使得太赫兹耦合效率低，太赫兹波损失 较大。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有高效率波 导耦合器，且通用强，无需重复搭建便可实现光路补偿的太赫兹波导测试系统。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种太赫兹波导测试系统，其特征在于，包括一罩体以及安装在罩体内按光路依 序布设的飞秒脉冲激光器，1/2波片，偏振分束器，分列的泵浦光路装置和探测光路装置，硅 片，太赫兹探测器和数据采集单元，还包括置于罩体外的数据处理计算机，其中，探测光路 装置中设有第三延迟台模块，泵浦光路装置包含有太赫兹发射器和波导测试单元，波导测 试单元中设有第二延迟台模块，通过第三延迟台模块和第二延迟台模块调整泵浦光路与探 测光路光程相等。
[0007] 所述太赫兹波导测试系统，泵浦光路装置中包括依序置于泵浦光路中的第一平面 镜反射镜（4)、第二平面反射镜（5)、第一延迟台模块￠)、第一石英平凸透镜（7)、太赫兹发 射器（8)和波导测试单元（9)，被测波导置于波导测试单元中，泵浦光路装置接收偏振分束 器（3)出射的泵浦光，将泵浦光转为太赫兹波通过被测波导，并最终出射透过硅片（15)与 探测光路的光汇合为汇聚光路L3聚焦到太赫兹探测器（16)上。
[0008] 所述波导测试单元（9)包括有太赫兹波导耦合器（9-1)，两个太赫兹波导夹持 器（9-2、9-3)，第二延迟台模块（9-4)，第一镀银平面反射镜（9-5)和第一镀金离轴抛面镜 (9-6);太赫兹波导耦合器（9-1)与太赫兹发射器（8)相连接，并设置在太赫兹发射器（8) 的发射端面一侧，将太赫兹辐射波汇聚收集；被测波导由两个波导夹持器（9-2、9-3)进行 固定并与太赫兹波导耦合器（9-1)出射端水平对位，第二延迟模块（9-4)位于被测波导的 另一端。
[0009] 第二延迟模块（9-4)由第二延迟台（941)、定位固定在第二延迟台（941)上的第二 镀金离轴抛面镜（942)和第二镀银平面反射镜（943)组成；其中，第二延迟台（941)设有滑 轨以实现在被测波导轴向方向的位移。
[0010] 第二镀金离轴抛面镜（942)位于距离被测波导出射端面153mm处，第二镀银平面 反射镜（943)位于第二镀金离轴抛面镜（942)后50mm处，将第二镀金离轴抛面镜（942)出 射的具有一定宽度的平行太赫兹辐射波改变90度射出至第一镀银平面反射镜（9-5)上。 [0011] 所述波导耦合器（9-1)具有一个锥形输入端（911)、一个根据被测波导不同端面 形状而改变的耦合输出端（912)，以及一个用于固定太赫兹发射器（8)的发射器固定架，输 入端（911)为锥形通孔，大口径端朝向太赫兹发射器（8)，小口径端连接耦合输出端（912)， 耦合输出端（912)朝向被测波导并与被测波导水平对位；所述耦合输出端（912)为一空心 圆柱体、两块平行的平板或一空心矩形体，圆柱体直径或上下板间距小于被测波导的截面 尺寸。
[0012] 所述第一延迟台模块（6)由第一延迟台（6-1)、两块补偿平面反射镜（6-2)、6-3组 成；两块补偿平面反射镜出-2、6-3)对位固定在第一延迟台（6-1)上位于其中部，两块平面 反射镜一端相交，另一端呈开口状，两块相交的平面反射镜之间的夹角为90度，一块补偿 平面反射镜（6-2)将第二平面反射镜（5)出射的飞秒激光束反射入另一块补偿平面反射镜 (6-3)，并将光束传播方向改变90度，由另一补偿平面反射镜（6-3)再将飞秒激光束改变90 度反射至石英平凸透镜（7);第一延迟台（6-1)设有滑轨，可沿入射飞秒光束传播方向进行 线性往复运动。
[0013] 探测光路装置包括在探测光路中依序设置的第三平面反射镜（10)、第三延迟台模 块（11)、第四平面反射镜（12)、偏振片（13)和第二石英平凸透镜（14);探测光路装置接收 偏振分束器（3)出射的探测光L2并改变光束方向最终出射至硅片（15)，与透过硅片（15) 的太赫兹辐射波汇合为汇聚光L3聚焦到太赫兹探测器（16)上。
[0014] 第三延迟台模块（11)由第三延迟台（11-1)、固定在第三延迟台（11-1)上位于其 中部的两块对位的补偿平面反射镜（11-2U1-3)组成，两块平面反射镜一端相交，另一端 呈开口状，两块相交的平面反射镜之间的夹角为90度；第三延迟台（11-1)设有滑轨，沿入 射光束传播方向进行线性往复运动改变探测光路光程。
[0015] 飞秒激光器1发出光源，1/2波片（2)和偏振分束器（3)依序间隔一定距离置于飞 秒激光器（1)的发射端；太赫兹探测器（16)接收探测光束与太赫兹辐射波共线耦合的汇聚 光，输出至数据采集及处理单元（17)进行光电信号转换，进而通过计算机进行数据处理以 获取被测波导的各种光学性能参数。
[0016] 由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果如下：1、采用锥形设计的波导耦 合器，将太赫兹波更加有效的汇聚到了待测波导中，其耦合效率可达95%以上，并可以适应 不同端面的太赫兹波导，提升了测试波导的种类。2、采用了三个电动延迟台设计，其中第 二、第三延迟台及其所属元件可以实现针对不同长度波导的测试，进行有效的光程补偿，其 补偿范围从0到1500mm，极大改善了测试波导的长度限制，避免了对系统的重复搭建。3、采 用光导天线太赫兹发射器辐射太赫兹波，使得太赫兹频谱宽度达到3. OTHz，为测试波导的 宽光谱传输性能提供了基础保障。4、在本发明的整个系统装罩体，留有进气口，系统可充氮 气或干燥空气，从而可以避免空气中水对太赫兹的吸收，进一步提高测量精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为本发明太赫兹波导测试系统实例的内部结构示意框图
[0018] 图2为本发明波导测试模块的组装结构图
[0019] 图3为本发明第一延迟系统的组装结构图
[0020] 图4为本发明第三延迟系统的组装结构图
[0021] 图5A为发明中太赫兹耦合器立体结构示意图
[0022] 图5B为图5A中A-A向剖面结构示意图
[0023] 图5C为图5A的左侧视图
【具体实施方式】
[0024] 以下通过实例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。为便于理解，本发 明中元件位置关系定义光路入射方向为"前"，出射方向为"后"。
[0025] 如图1所示，本发明的太赫兹波导测试系统包括一罩体（图中未显示）以及安装 在罩体内的飞秒脉冲激光器1，1/2波片2,偏振分束器3,包含有第一延迟台模块6、基于光 导天线的太赫兹发射器8、波导测试单元9的泵浦光路装置，包含有第三延迟台模块11的探 测光路装置，硅片15,太赫兹探测器16和数据采集单元17,还包括数据处理计算机18。其 中：
[0026] 罩体可用于封闭系统，罩体上留有进气口，系统可充氮气或干燥空气，从而可以避 免空气中水对太赫兹的吸收，进一步提高测量精度。另外，罩体也便于其他部件的固定安 装。
[0027] 由飞秒脉冲激光器1为钛蓝宝石飞秒激光器，其发出光源，输出的飞秒脉冲重复 频率为80MHz，脉冲宽度120fs，波长800nm，输出功率150mW ;1/2波片2和偏振分束器3依 序间隔一定距离置于飞秒脉冲激光器1的发射端，飞秒光脉冲经过1/2波片2进入偏振分 束器3,飞秒光经偏振分束器3分为两束：一束为泵浦光L1 (图1显示向左一束，该束光走 向称为泵浦光路L1)，占激光输出功率的80%，另一束为探测光L2(图1显示向上一束，该 束光走向称为探测光路L2)，占激光输出功率的20% ;
[0028] 由泵浦光路装置实现泵浦光L1的传送及太赫兹波的产生与传送。来自偏振分束 器3的泵浦光L1经过第一平面镜反射镜4、第二平面反射镜5、第一延迟台模块6、第一石英 平凸透镜7后，汇聚到基于光导天线的太赫兹发射器8上，利用光导天线辐射太赫兹波；产 生的太赫兹辐射波进入波导测试单元9,再透过硅片15最终太赫兹辐射波聚焦到太赫兹探 测器16上。这里，第一平面镜反射镜4位于偏振分束器3出射泵浦光L1水平位置，将水平 泵浦光L1改变90度成垂直泵浦光（图1显示为向下），第二平面反射镜5位于第一平面反 射镜4下部，将向下的泵浦光L1改变90度成水平泵浦光（图1显示为向右）射入第一延 迟台模块6,第一延迟台模块6中包括两块对位可在水平方向位移的平面反射镜（参见图3 及相关描述），可通过位移调整光路长短，并将泵浦光L1反向（图1显示为向左）射入光路 中依序摆放的第一石英平凸透镜7和太赫兹发射器8,由太赫兹发射器8产生的太赫兹辐射 波进入波导测试单元9中水平放置的被测波导，再经过波导测试单元9中的多个器件（参 见图2及相关描述），太赫兹辐射波最终透过斜向（与太赫兹辐射波呈45度角）放置的硅 片15聚焦到置于其后（本发明中，定义光路入射方向为"前"，出射方向为"后"）的太赫兹 探测器16上。
[0029] 由探测光路装置实现探测光L2的传送。来自偏振分束器3的探测光L2经由第 三平面反射镜10、第三延迟台模块11、第四平面反射镜12、偏振片13和第二石英平凸透镜 14,再经过硅片15形成了探测光路L2,该探测光束最终与来自泵浦光路L1透过硅片15的 太赫兹辐射波汇合聚焦到太赫兹探测器16上。这里，第三平面镜反射镜10位于偏振分束 器3出射探测光L2 (图1显示为向上位置），将向上的探测光L2改变90度成水平探测光 (图1显示为向右），射入第三延迟台模块11，第三延迟台模块11中包括两块对位可在水平 方向位移的平面反射镜（参见图5及相关描述），可通过位移调整光路长短，并将探测光L2 反向（图1显示为向左）射入光路中的第四平面反射镜12,将探测光L2再次改变90度向 下，并射入光路中依序摆放的偏振片13、第二石英平凸透镜14与硅片15,硅片15置于与探 测光L2和太赫兹辐射波呈45度的位置，最终与透过硅片15的太赫兹辐射波汇合聚焦到置 于汇聚光路L3上的太赫兹探测器16上。
[0030] 探测光束与太赫兹辐射波共线耦合到太赫兹探测器16上，利用光整流效应对太 赫兹的时域电场进行光学采样，探测到的太赫兹时域光信号通过太赫兹探测器16输出至 位于其后的数据采集及处理单元17进行光电信号转换，由计算机进行数据处理以获取被 测波导的各种光学性能参数（太赫兹探测器16是一块非线性晶体，通过光学整流的方式， 将太赫兹波的信号转换到探测光L2上，进而L2的光信号被后面的数据采集及处理单元17 接收，通过光电转换获得电信号数据，利用锁相放大器提高信号的信噪比，之后将这些信息 传递给计算机）。
[0031] 所用的数据采集单元17为已有设计，由输入端依次在光路中设置有1/4波片 17-1、第三石英平凸透镜17-2、渥拉斯顿棱镜17-3和差分探测器17-4,由差分探测器17-4 接收探测光束与太赫兹辐射波共线耦合光并将其转换为电信号，电连接锁相放大器17-5， 最终将探测数据输出至计算机18,通过其运算并显示出来。
[0032] 在上述太赫兹波导测试系统中，被测波导置于波导测试单元9中实现测试。如图 2所示，本发明中所用的波导测试单元9包括有太赫兹波导耦合器9-1，两个太赫兹波导夹 持器9-2、9-3,第二延迟台模块9-4,第一镀银平面反射镜9-5,和第一镀金离轴抛面镜9-6。 太赫兹波导耦合器9-1与太赫兹发射器8相连接，并设置在太赫兹发射器8的发射端面一 侧，将太赫兹辐射波汇聚收集；被测波导由两个波导夹持器9-2、9-3进行固定，两个波导夹 持器9-2、9-3的位置可以随被测波导的长短进行调整，被测波导与太赫兹波导耦合器9-1 出射端水平对位，太赫兹波导耦合器9-1将收集并耦合的太赫兹辐射波进入被测波导中， 并使经过被测波导出射后的太赫兹辐射波沿入射方向传播；如此，上述经过被测波导出射 的太赫兹辐射波进入第二延迟模块9-4。
[0033] 结合图3所示，第二延迟模块9-4由第二延迟台941、第二镀金离轴抛面镜942、第 二镀银平面反射镜943组成。其中，第二延迟模块9-4上的第二镀金离轴抛面镜942距离 被测波导出射端面153mm处设置，其将被测波导出射的太赫兹辐射波进行收集，产生具有 一定宽度的平行光束，并将光束传播方向改变90度；在第二镀金离轴抛面镜942后（光束 出射方向）50mm处设置第二镀银平面反射镜943,其将第二镀金离轴抛面镜942出射的具 有一定宽度的平行太赫兹辐射波改变90度射出至第一镀银平面反射镜9-5上；第二镀金离 轴抛面镜942和第二镀银平面反射镜943均定位固定在第二延迟台941上，该第二延迟台 941设有滑轨，可沿由被测波导入射的太赫兹辐射波传播方向进行线性往复运动，并通过上 面搭载的镀金离轴抛面镜942、镀银平面反射镜943将入射的太赫兹辐射波的传播方向改 变180度后出射至第一镀银平面反射镜9-5。在实际检测中，由于被测波导的长短不相同， 通过第二延迟台941的位移可以改变（通常为延长）泵浦光路L1的光程。
[0034] 第一镀银反射镜9-5设置在上述第二镀银平面反射镜942后500mm，并将由第二延 迟模块9-4出射的具有一定宽度的平行太赫兹辐射波改变90度反射入位于其后的第一镀 金离轴抛面镜9-6上；第一镀金离轴抛面镜9-6在距第一镀银反射镜9-5后50mm处设置， 并将光束在传播方向改变90度，将具有一定宽度的平行太赫兹辐射波透过硅片15与探测 光路的光束一同汇聚到位于其后的太赫兹探测器16上。
[0035] 这里，硅片15实际上是在反射探测路L2的光束，即由反射镜12反射的探测光通 过偏振片13,透镜14后，再经过硅片15的反射进入太赫兹探测器16上。通过硅片15后探 测路的光束就与太赫兹共线重合传播，并一起进入太赫兹探测器16上。
[0036] 本发明中，所用的波导耦合器9-1的构成如图5A、图5B和图5C所示。该太赫兹波 导耦合器9-1整体由长方体合金或金属（铝、铁、铜）块加工而成，具有一个锥形太赫兹波 输入端911、一个可根据被测波导不同端面形状而改变的太赫兹波耦合输出端912,以及一 个用于固定太赫兹发射器8的发射器固定台913。其中，为方便固定太赫兹发射器8,发射 器固定台913设计为台阶状，太赫兹发射器8可以放置在下台阶上，下台阶对应位置可以设 螺纹孔914,用螺钉将太赫兹发射器8固定在下台阶上。输入端911为设于上台阶中的锥形 通孔，大口径端朝向太赫兹发射器8为其输入端面，其直径最大可为20_，锥形通孔长度为 15mm-30mm，锥角为10°?40°，小口径端连接耦合输出端912,朝向被测波导并与被测波 导水平对位，该耦合输出端912可为一空心圆柱体，也可为两块平行的平板或空心矩形体， 长度为4mm，圆柱体直径或上下板间距小于被测波导的截面尺寸，例如为2mm(可根据实际 使用需要设定），被测波导插入耦合输出端912。使用中，由太赫兹发射器8产生的太赫兹 波辐射进入波导耦合器9-1的锥形输入端911通过其锥形通孔的设计进行汇聚收集，被测 波导外插入耦合输出端912,太赫兹辐射波经过波导耦合器9-1输出端进入被测波导。
[0037] 所用的波导夹持器9-2、9_3选用由大恒新纪元科技股份有限公司生产的，型号为 GCM-5702产品；镀金离轴抛面镜942、9-6选用由Newport (美国纽波特公司）生产的，型 号为50331AU的产品；第二延迟台941选用由Newport (美国纽波特公司）生产的，型号为 M-ILS150PP的产品；镀银平面反射镜943、9-5是由在一块50mmX50mm的平面上均匀蒸镀 一层厚200nm的银而成，其对太赫兹辐射波的反射效率可达95%。
[0038] 在本发明的太赫兹波导测试系统中，为调整泵浦光L1和探测光L2的光程，在光路 中分别设有光路补偿系统，即设于泵浦光L1光路中的第二延迟台模块9-4 (参见前面对图 3中第二延迟模块9-4的描述）和设于探测光L2光路中的第三延迟台模块11。另外，还设 计了实际测量时的光谱扫描的装置第一延迟台模块6。
[0039] 如图3所示，第一延迟台模块6由第一延迟台6-1、两块补偿平面反射镜6-2、6_3 组成。两块补偿平面反射镜6-2、6-3对位固定在第一延迟台6-1上位于其中部，两块平面 反射镜一端相交，另一端呈开口状，两块相交的平面反射镜之间的夹角为90度，一块补偿 平面反射镜6-2将第二平面反射镜5出射的飞秒激光束反射入另一块补偿平面反射镜6-3， 并将光束传播方向改变90度，由另一补偿平面反射镜6-3再将飞秒激光束改变90度反射 至石英平凸透镜7 ;第一延迟台6-1设有滑轨，可沿入射飞秒光束传播方向进行线性往复 运动，并通过上面搭载的两块补偿平面反射镜6-2、6-3将入射的飞秒光束的传播方向改变 180度后出射，通过第一延迟台6-1的位移用于实际测量时的光谱扫描。
[0040] 如图4所示，与第一延迟台模块6构成类似，第三延迟台模块11由第三延迟台 1卜1、两块补偿平面反射镜1卜2、11-3组成。两块补偿平面反射镜11-2、11-3固定在第二 延迟台11-1上位于其中部，两块平面反射镜一端相交，另一端呈开口状，两块相交的平面 反射镜之间的夹角为90度，一块补偿平面反射镜11-2将第三平面反射镜10出射的飞秒激 光束反射入另一块补偿平面反射镜11-3,并将光束传播方向改变90度，由另一补偿平面反 射镜11-3再将飞秒激光束改变90度反射至第四平面反射镜12 ;第三延迟台11-1设有滑 轨，可沿入射飞秒光束传播方向进行线性往复运动，并通过上面搭载的两块补偿平面反射 镜11-2、11-3将入射的飞秒光束的传播方向改变180度后出射，通过第三延迟台11-1的位 移以实现探测光路的光程改变。第三延迟台11-1的作用是为了补偿因第二延迟台941延 长的泵浦光路与探测光路光程差，使泵浦光路与探测光路光程相等。
[0041] 这里，所用第一延迟台6-1、第三延迟11-1选用由Newport (美国纽波特公司）生 产的，型号为M-ILS150PP的产品；补偿平面反射镜6-2、6-3、11-2、11-3选用由大恒新纪元 科技股份有限公司生产的，型号为GCC-101112的产品。
[0042] 本发明中，所用的钛蓝宝石飞秒激光器1选用由Spectra-Physics (美国光谱物理 公司）生产的，型号为MaiTai钛蓝宝石飞秒激光器；1/2波片2选用由Newport (美国纽波 特公司）生产的，型号为10PR52-2的产品；偏振分束器3选用由Newp〇rt(美国纽波特公 司）生产的，型号为05FC16PB. 5的产品；构成泵浦光路所用的平面反射镜4、5选用由大恒 新纪元科技股份有限公司生产的，型号为GCC-101112的产品；石英平凸透镜7选用由大恒 新纪元科技股份有限公司生产的，型号为GCL-010810的产品；基于光导天线的太赫兹发射 器8选用由Zomega(美国佐米伽公司）生产的，型号为LT-GaAs的产品。
[0043] 太赫兹探测器16选用由Zomega(美国佐米伽公司）生产的，型号为ZnTe的 太赫兹探测器（基于锑化锌晶体的太赫兹探测器）；构成探测光路所用的硅片15选用 由Zomega(美国佐米伽公司）生产的，型号为Silicon Lens娃片；石英平凸透镜14选用 由大恒新纪元科技股份有限公司生产的，型号为GCL-010810的产品；偏振片13选用由 Newport(美国纽波特公司）生产的，型号为05P109AR. 16偏振片；平面反射镜13、12选用 由大恒新纪元科技股份有限公司生产的，型号为GCC-101112的产品。
[0044] 数据采集及处理单元17中所用1/4波片17-1选用由Newport (美国纽波特公司） 生产的，型号为10RP54-2的产品；石英平凸透镜17-2选用由大恒新纪元科技股份有限公司 生产的，型号为GCL-010810的产品；渥拉斯顿棱镜17-3选用Throlab (美国索雷博公司） 生产的，型号为WP10的产品；锁相放大器17-5选用由Stanford(美国斯坦福德公司）生产 的，型号为SR830的产品。所用的差分探测器17-4可使用已有的商用产品（例如Zomega 公司的一套集成有1/4波片、沃拉斯顿棱镜和差分探测器的太赫兹时域光谱探测模块），出 于成本考虑，也可使用设有两个串联的光电二极管的自制探测器，其输入端接收由渥拉斯 顿棱镜17-3输出的两束偏振方向互相垂直的光强信号，分别照射到两个光电二极管上，由 光电二极管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17-5 的差分输入端口上，信号放大后输入至计算机18内进行数据处理。计算机18可选用由联 想计算机公司生产的，型号为Thinkpad s230u的产品。
[0045] 利用本发明上述太赫兹波导测试系统对被测波导进行测试，按以下操作过程：
[0046] 步骤一：系统参考信号扫描。打开激光器1，将第二延迟台942和第三延迟台11-1 初始位置设置为〇mm，此时不用放置被测波导，利用计算机控制第一延迟台6-1和锁相放大 器17-5进行参考光谱扫描。
[0047] 步骤二：放入被测波导。将被测波导接入波导耦合器9-1的输出端，并利用波导夹 持器9-2、9-3对其进行固定。根据被测波导的长度，将第二延迟台模块9-4中第二延迟台 941向后（图1中的左侧）移动，保证被测波导左端面与第二镀金离轴抛面镜942的距离为 153mm，记录第二延迟台942的移动距离。
[0048] 步骤三：将第三延迟台模块11上的第三延迟台11-1向右移动，移动距离与步骤二 中第二延迟台941移动距离一致。
[0049] 步骤四，利用计算机控制第一延迟台6-1和锁相放大器17-5进行光谱扫描。与步 骤一中的参考光谱比对可以得到被测波导的太赫兹光谱特性。
[0050] 说明：如需测量其他长度的波导，则只需要重复步骤二、三、四即可。
[0051] 以上操作可见，本发明非常方便使用，在针对不同长度波导进行测试时，仅需调整 第二、第三延迟台即可进行有效的光程补偿（其补偿范围最长可达1500mm)，极大改善了测 试波导的长度限制，避免了对系统的重复搭建。
[0052] 另外，本发明由于采用了精巧设计的波导耦合器，能将太赫兹波更加有效的汇聚 到了待测波导中，耦合效率可达95%以上；且由于该波导耦合器输出端截面、形式可以变 化，可以适应不同端面的太赫兹波导测试，提升了测试波导的种类。
【权利要求】
1. 一种太赫兹波导测试系统，其特征在于，包括一罩体以及安装在罩体内按光路依序 布设的飞秒脉冲激光器（1)，1/2波片（2)，偏振分束器（3)，分列的泵浦光路装置和探测光 路装置，硅片（15)，太赫兹探测器（16)和数据采集单元（17)，还包括置于罩体外的数据处 理计算机（18)，其中，探测光路装置中设有第三延迟台模块（11)，泵浦光路装置包含有太 赫兹发射器（8)和波导测试单元（9)，波导测试单元（9)中设有第二延迟台模块（9-4)，通 过第三延迟台模块（11)和第二延迟台模块（9-4)调整泵浦光路与探测光路光程相等。
2. 根据权利要求1所述太赫兹波导测试系统，其特征在于，泵浦光路装置中包括依序 置于泵浦光路中的第一平面镜反射镜（4)、第二平面反射镜（5)、第一延迟台模块￠)、第一 石英平凸透镜（7)、太赫兹发射器（8)和波导测试单元（9)，被测波导置于波导测试单元中， 泵浦光路装置接收偏振分束器（3)出射的泵浦光，将泵浦光转为太赫兹波通过被测波导， 并最终出射透过硅片（15)与探测光路的光汇合为汇聚光路L3聚焦到太赫兹探测器（16) 上。
3. 根据权利要求2所述太赫兹波导测试系统，其特征在于，所述波导测试单元（9)包括 有太赫兹波导耦合器（9-1)，两个太赫兹波导夹持器（9-2、9-3)，第二延迟台模块（9-4)，第 一镀银平面反射镜（9-5)和第一镀金离轴抛面镜（9-6);太赫兹波导稱合器（9-1)与太赫 兹发射器（8)相连接，并设置在太赫兹发射器（8)的发射端面一侧，将太赫兹辐射波汇聚收 集；被测波导由两个波导夹持器（9-2、9-3)进行固定并与太赫兹波导耦合器（9-1)出射端 水平对位，第二延迟模块（9-4)位于被测波导的另一端。
4. 根据权利要求3所述太赫兹波导测试系统，其特征在于，第二延迟模块（9-4)由第 二延迟台（941)、定位固定在第二延迟台（941)上的第二镀金离轴抛面镜（942)和第二镀银 平面反射镜（943)组成；其中，第二延迟台（941)设有滑轨以实现在被测波导轴向方向的位 移。
5. 根据权利要求4所述太赫兹波导测试系统，其特征在于，第二镀金离轴抛面镜（942) 位于距离被测波导出射端面153mm处，第二镀银平面反射镜（943)位于第二镀金离轴抛面 镜（942)后50mm处，将第二镀金离轴抛面镜（942)出射的具有一定宽度的平行太赫兹辐射 波改变90度射出至第一镀银平面反射镜（9-5)上。
6. 根据权利要求3或4或5所述太赫兹波导测试系统，其特征在于，所述波导耦合器 (9-1)具有一个锥形输入端（911)、一个根据被测波导不同端面形状而改变的耦合输出端 (912)，以及一个用于固定太赫兹发射器（8)的发射器固定架，输入端（911)为锥形通孔，大 口径端朝向太赫兹发射器（8)，小口径端连接耦合输出端（912)，耦合输出端（912)朝向被 测波导并与被测波导水平对位；所述耦合输出端（912)为一空心圆柱体、两块平行的平板 或一空心矩形体，圆柱体直径或上下板间距小于被测波导的截面尺寸。
7. 根据权利要求2至6任一所述太赫兹波导测试系统，其特征在于，所述第一延迟台 模块￠)由第一延迟台￠-1)、两块补偿平面反射镜出-2、6-3)组成；两块补偿平面反射镜 (6-2、6-3)对位固定在第一延迟台￠-1)上位于其中部，两块平面反射镜一端相交，另一端 呈开口状，两块相交的平面反射镜之间的夹角为90度，一块补偿平面反射镜￠-2)将第二 平面反射镜（5)出射的飞秒激光束反射入另一块补偿平面反射镜（6-3)，并将光束传播方 向改变90度，由另一补偿平面反射镜￠-3)再将飞秒激光束改变90度反射至石英平凸透 镜（7);第一延迟台（6-1)设有滑轨，可沿入射飞秒光束传播方向进行线性往复运动。
8. 根据权利要求1所述太赫兹波导测试系统，其特征在于，探测光路装置包括在探测 光路中依序设置的第三平面反射镜（10)、第三延迟台模块（11)、第四平面反射镜（12)、偏 振片（13)和第二石英平凸透镜（14);探测光路装置接收偏振分束器（3)出射的探测光L2 并改变光束方向最终出射至硅片（15)，与透过硅片（15)的太赫兹辐射波汇合为汇聚光L3 聚焦到太赫兹探测器（16)上。
9. 根据权利要求8所述太赫兹波导测试系统，其特征在于，第三延迟台模块（11)由第 三延迟台（11-1)、固定在第三延迟台（11-1)上位于其中部的两块对位的补偿平面反射镜 (11-2U1-3)组成，两块平面反射镜一端相交，另一端呈开口状，两块相交的平面反射镜之 间的夹角为90度；第三延迟台（11-1)设有滑轨，沿入射光束传播方向进行线性往复运动改 变探测光路光程。
10. 根据权利要求1至9任一所述太赫兹波导测试系统，其特征在于，飞秒激光器（1) 发出光源，1/2波片（2)和偏振分束器（3)依序间隔一定距离置于飞秒激光器（1)的发射 端；太赫兹探测器（16)接收探测光束与太赫兹辐射波共线耦合的汇聚光，输出至数据采集 及处理单元（17)进行光电信号转换，进而通过计算机进行数据处理以获取被测波导的各 种光学性能参数。
【文档编号】G01M11/02GK104048814SQ201410290290
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】和挺, 陈天霁, 刘婧, 张波, 沈京玲 申请人:首都师范大学