一种基于光纤传导的主动式太赫兹光谱检测内窥探头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太赫兹光谱检测技术领域，具体设及太赫兹波产生技术、太赫兹波探 测技术、反射式太赫兹光谱检测技术，本发明使用于绝大部分反射式太赫兹光谱检测应用。
【背景技术】
[0002] 太赫兹光谱检测技术因太赫兹具有独特的指纹谱性、高穿透性等优良特性，在物 理、化学、生物医学、安检等领域都具有广泛的应用。太赫兹光谱技术主要分为太赫兹时域 光谱检测技术和太赫兹频域光谱检测技术两种。目前，无论是太赫兹时域光谱检测系统还 是太赫兹频域光谱检测系统，均由分立的光学器件搭建，存在系统体积庞大、集成度低且需 在干燥空气或氮气环境下工作等缺点，限制了太赫兹光谱检测技术在实际中的广泛应用。
【发明内容】
[0003] 为了推进太赫兹光谱检测技术在实际中的应用，本发明提出了一种基于光纤传导 的新型主动式太赫兹光谱检测内窥探头，基于反射式太赫兹光谱检测技术，实现太赫兹光 谱检测，并给出了信号提取方法。
[0004] 为实现上述目的，采用如下技术方案：
[0005] 一种基于光纤传导的主动式太赫兹光谱检测内窥探头，包括太赫兹发射器、太赫 兹探测器、前端探头、信号采集处理系统；所述前端探头为楠球体外形，楠球体的一个焦点 处设置太赫兹发射器，楠球体另一个焦点处设置太赫兹探测器；太赫兹发射器和太赫兹探 测器与楠球体外表面之间设置有填充物；所述太赫兹发射器、太赫兹探测器分别通过光纤 与信号采集处理系统连接，且太赫兹发射器、太赫兹探测器、前端探头与光纤封装为一体。
[0006] 在上述技术方案中，所述填充物对于太赫兹波的吸收系数小于2/cm，太赫兹波在 探头内的传输损耗小。
[0007] 优先的，所述填充物或为娃、或为聚己締，替代现有探头中使用的滤波片。
[000引采用本发明的探头的探测方法：
[0009] 首先激光信号经过光纤传输到太赫兹波发射器上，在偏置电压的作用下福射出太 赫兹信号；
[0010] 福射出的太赫兹波信号，经过前端楠球形探测头边缘反射后的太赫兹信号均汇聚 到太赫兹波探测器上；
[0011] 反射的太赫兹波信号与探测激光信号在太赫兹波探测器上形成电流信号通过数 据线输入到锁相放大器中进行信号的采集，再通过计算机对采集输出进行储存处理。
[0012] 在上述探测方法中，所述楠球形探测头边缘的接触介质不同，所探测到的太赫兹 波信号根据接触介质反射率的改变而改变。
[0013] 在上述探测方法中，所述接触介质或为被测气体，或为被测液体，或为被测实物。
[0014] 本发明中的太赫兹波发射器：基于光电导飞秒脉冲激发光电导天线福射宽带太赫 兹脉冲或者基于光混频原理形成拍频信号的两束连续激光激发光电导开关福射窄频谱带 太赫兹波。
[0015] 本发明中的太赫兹波探测器：基于光电导飞秒脉冲探测宽带太赫兹脉冲技术或者 基于光混频原理连续激光探测窄频带太赫兹波。
[0016] 本发明中的楠球型前端探头：太赫兹发射器与太赫兹探测器分为位于楠球体的两 个焦点上，太赫兹发射器福射出的太赫兹波经过前端探头与空气之间的界面反射后，根据 楠球体的几何性质，反射的太赫兹波均会汇聚到太赫兹探测器处，保证了系统的信噪比，并 实现了太赫兹光谱检测收发一体化。
[0017] 本发明中的信号采集及处理系统；采用电学调制方式调制太赫兹发射器的偏压， 将调制电学信号与太赫兹探测器输出电学信号，共同输入锁相放大器，实现太赫兹信号的 采集，再通过计算机进行数据处理。
[0018] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是；将太赫兹发射器与太 赫兹探测器集成在一个探头内，且通过光纤连接，该样在保证信号传输可靠性的基础上，还 可W将探头进行长度上的调节，可W使得探头在实用过程中不受环境的限制；本发明的探 头采用的是楠球体的外形，太赫兹发射器福射出的太赫兹波经过反射后全部汇聚到太赫兹 探测器中，保证了系统的信噪比；太赫兹波在探头填充物中传输，避免了空气中的水吸收， 提高了测试精确度。
【附图说明】
[0019] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0020] 图1是本发明内窥探头整体结构示意图；
[0021] 图2是太赫兹波反射原理图；
[0022] 其中；1是太赫兹波发射器，2是太赫兹波探测器，3是光纤，4是调制电压输入线， 5是电流信号输出线，6是入射太赫兹波信号，7是反射太赫兹波信号，8是反射界面，9是前 端楠球型探测头。
【具体实施方式】
[0023] 如图1所示，本发明的探头主要包括一个前端楠球形探测头，在楠球形的两个球 屯、位置设置有一个太赫兹波发射器、一个太赫兹波探测器，根据楠球体的几何特性，从一个 球屯、发射出的波进过楠球体表面反射后能到另一个球屯、；球屯、到楠球体表面之间填充有填 充物，该填充物可W为娃、或聚己締等对于太赫兹波吸收系数小于2/cm的材料；太赫兹波 发射器、太赫兹波探测器分别通过光纤连接到信号采集与处理系统。前端楠球形探测头、太 赫兹波发射器、太赫兹波探测器W及光纤、和太赫兹波发射器连接的调制电压输入线、和太 赫兹波探测器连接的电流信号输出线集成封装为一体。
[0024] 其工作方式为：累浦飞秒脉冲信号（或者形成拍频的激光信号）经过光纤传输，聚 焦到图1中所示的太赫兹波发射器上，在偏置电压的作用下福射出脉冲太赫兹信号（或者 连续太赫兹波信号），福射出的太赫兹波信号，经过前端楠球型探测头边缘反射后的太赫兹 信号，根据楠球体的性质，均汇聚到图1中所示的太赫兹波探测器上。反射太赫兹波信号与 探测飞秒脉冲（或者形成拍频的探测激光信号）在太赫兹波探测器上形成电流信号，通过 数据线输入到锁相放大器中进行信号的采集，再通过计算机对采集输出进行储存处理。系 统中通过调制太赫兹波发射器的偏置电压信号，直接调制太赫兹波信号，进而调制探测电 流信号，实现锁相放大探测。
[0025] 图2为太赫兹反射原理图。太赫兹波发射器沿某一方向福射出太赫兹波，在探头 没有接触探测物体情况下，反射界面由探头材料与外界空气形成，假定探头材料对于太赫 兹波没有吸收效应（或者吸收很小，例如娃材料），且福射出的太赫波为P偏振的光，根据费 涅耳发射公式可知，界面对于振幅的反射率为
[0026]
【主权项】
1. 一种基于光纤传导的主动式太赫兹光谱检测内窥探头，其特征在于包括太赫兹发射 器、太赫兹探测器、前端探头、信号采集处理系统；所述前端探头为椭球体外形，椭球体的一 个焦点处设置太赫兹发射器，椭球体另一个焦点处设置太赫兹探测器；太赫兹发射器和太 赫兹探测器与椭球体外表面之间设置有填充物；所述太赫兹发射器、太赫兹探测器分别通 过光纤与信号采集处理系统连接，且太赫兹发射器、太赫兹探测器、前端探头与光纤封装为 一体。
2. 根据权利要求1所述的一种基于光纤传导的主动式太赫兹光谱检测内窥探头，其特 征在于所述填充物为太赫兹波段吸收系数小于2/cm的材料。
3. 根据权利要求2所述的一种基于光纤传导的主动式太赫兹光谱检测内窥探头，其特 征在于所述填充物或为硅、或为聚乙烯。
4. 按权利要求1所述一种基于光纤传导的主动式太赫兹光谱检测内窥探头的探测方 法，其特征在于： 首先激光信号经过光纤传输到太赫兹波发射器上，在偏置电压的作用下辐射出太赫兹 信号； 辐射出的太赫兹波信号，经过前端椭球形探测头边缘反射后的太赫兹信号均汇聚到太 赫兹波探测器上； 反射的太赫兹波信号与探测脉冲在太赫兹波探测器上形成电流信号通过数据线输入 到锁相放大器中进行信号的采集，再通过计算机对采集输出进行储存处理。
5. 根据要求4所述的探测方法，其特征在于所述椭球形探测头边缘的接触介质不同， 所探测到的太赫兹波信号根据接触介质反射率的改变而改变。
6. 根据要求5所述的探测方法，其特征在于所述接触介质或为被测气体，或为被测液 体，或为被测实物。
【专利摘要】本发明公开了一种基于光纤传导的主动式太赫兹光谱检测内窥探头，包括太赫兹发射器、太赫兹探测器、前端探头、信号采集处理系统；所述前端探头为椭球体外形，椭球体的一个焦点处设置太赫兹发射器，椭球体另一个焦点处设置太赫兹探测器；太赫兹发射器和太赫兹探测器与椭球体外表面之间设置有填充物；所述太赫兹发射器、太赫兹探测器分别通过光纤与信号采集处理系统连接，且太赫兹发射器、太赫兹探测器、前端探头与光纤封装为一体；本发明的探头采用的是椭球体的外形，太赫兹发射器辐射出的太赫兹波经过反射后全部汇聚到太赫兹探测器中，保证了系统的信噪比；太赫兹波在探头填充物中传输，避免了空气中的水吸收，提高了测试精确度。
【IPC分类】G01N21-3581
【公开号】CN104568818
【申请号】CN201510027768
【发明人】李江, 朱礼国, 刘乔, 孟坤, 钟森城, 翟召辉, 杜良辉, 彭其先, 李泽仁, 赵剑衡
【申请人】中国工程物理研究院流体物理研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月20日