>[0033] 相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
[0034] (1)本发明中的太赫兹波谱测量方案完全避开采用傅里叶变换的方法，不需要昂 贵的仪器搭建复杂的光路。只需要一个简单的无序结构光学元件就可以对各个波长的太赫 兹波形成不同的散射光场分布，从而实现波谱复原，因此整个装置的成本较低。
[0035] (2)本发明通过解方程组复原太赫兹波谱的方法使得光谱复原范围以及分辨率不 再受机械装置移动范围和飞秒激光器重复频率的限制，因此分辨率较高、光谱复原范围较 宽。
[0036] (3)本发明的太赫兹波谱测量装置相比现有的太赫兹时域波谱测量装置体积较 小，便携性大大提尚。
【附图说明】
[0037] 图1为本发明采用的太赫兹波谱频率划分方法，图中横坐标表示频率;纵坐标是归 一化太赫兹波谱强度；
[0038] 图2为本发明波谱测量装置的基本结构示意图，其中实心箭头表示数据传输方向， 虚线箭头表示可能存在的数据传输方向；
[0039] 图3为实施例1的太赫兹波谱测量装置的结构示意图；
[0040] 图4(a)、(b)、（c)为三种激光光斑在半导体表面的分布图样；
[0041 ]图5为准直装置结构示意图；
[0042] 图6为实施例3的太赫兹波谱测量装置的结构示意图；
[0043] 图7为实施例3的另一种实现方式的示意图；
[0044] 图8为实施例4的太赫兹波谱测量装置的结构示意图；
[0045] 图9为实施例5的太赫兹波谱测量装置的结构示意图；
[0046] 图10为实施例6的太赫兹波谱测量装置的结构示意图，其中实心箭头方向为金属 薄片位置可以移动的方向；
[0047] 图11为实施例6的另一种调节方式的示意图，其中实心箭头方向为金属薄片角度 可以偏转的方向；
[0048] 图12为实施例6的另一种调节方式的示意图，其中实心箭头方向为太赫兹波探测 器位置或者角度可以偏转的方向；
[0049] 图13为实施例7的太赫兹波谱测量装置的结构示意图，其中实心箭头方向为太赫 兹波透镜位置可以移动的方向；
[0050] 图14为实施例7的另一种调节方式的示意图，其中实心箭头方向为太赫兹波透镜 角度可以偏转的方向；
[0051] 图15(a)至(e)为折射器件可以采用的几种类型；
[0052] 图16为实施例8的太赫兹波谱测量装置的结构示意图，其中实心箭头方向为太赫 兹反射镜位置改变或者角度偏转方向；
[0053]图17为另一种准直装置结构示意图；
[0054] 图18为实施例10的太赫兹波谱测量装置的结构示意图；其中实心箭头方向为散射 器件位置改变或者角度偏转方向；
[0055] 图中，1为太赫兹波，2为准直装置，21为太赫兹波源，22为散射器件，23为折射器 件，24为散射控制器，25为计算处理单元，26为数据传输，27为可能的数据传输，3为本征半 导体，4为太赫兹散射波，5为太赫兹探测器，6为激光器，7为数字微反射镜，8为透镜组，9为 激光束，10为散射粒子，11为太赫兹波光斑，12为激光照射光斑，13为无序分布的激光照射 点，14为阵列排布的激光照射点，15为太赫兹波凸透镜，16为小孔光阑，17为粗糙表面，18为 凹透镜，19为棱镜，20为太赫兹波反射镜，28为太赫兹电光晶体，29为金属电极与电源，30为 聚合物薄片，31为半导体颗粒，32为金属薄片。
【具体实施方式】
[0056] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
[0057]本发明的思路是利用散射控制器24改变透过散射器件22的太赫兹散射波4在探测 器5位置处的散射场分布，通过测量不同控制条件作用下被探测器5所探测到的太赫兹散射 波4功率或其它表示强度大小的量，代入并求解线性方程组获得待测太赫兹波1的频谱。
[0058] 散射(英语:d i f f rac t i on)是指电磁波通过不均勾介质时偏离原来方向而分散传 播的物理现象。散射现象分很多种类。散射波的波长与入射光相同，而其强度与电磁波的波 长的四次方λ 4成反比的散射，称瑞利散射定律，由瑞利于1871年提出。此定律成立的条件是 散射粒子粒径远小于光波长尺度，即粒子粒径小于波长1/10。根据瑞利散射定律，与入射波 传播方向成Θ角方向上的散射波的强度为：
。式中，α是非均匀程度 的因子，No为散射粒子的数目，V为散射粒子的体积，γ为散射粒子到探测位置的距离，λ为 入射波波长，1:为入射波强度。
[0059] 而当粒子粒径与入射电磁波波长尺度相近时，瑞利散射不再适用，此时散射规律 遵从米氏散射的公式，即与入射波传播方向成Θ角方向上的散射波强度满足 〈4，η具体取值取决于散射粒子尺寸。
[0060]瑞利散射和米氏散射都属于弹性散射，散射波的波长与入射波的波长一致。除此 之外，还有散射波的波长与入射波的波长不一致的非弹性散射，非弹性散射包括布里渊散 射，拉曼散射，康普顿散射等等，但与弹性散射相比强度要弱得多。
[0061] 以上散射现象都可以使得不同波长的电磁波在发生散射后呈现不同的散射场角 分布。但瑞利散射使得不同波长分量之间的散射场角分布的区分更加明显，因此在本发明 中优先采用瑞利散射。即散射器件22中的散射粒子尺寸小于待测太赫兹波波长的1/10。当 待测太赫兹波经过散射器件22发生散射后，就会形成一定的散射场分布。而对于不同频率 (或波长）的太赫兹波分量，经过散射器件22后所形成的散射场分布互不相同，因此可以通 过散射效应将不同频率的入射波分量区分开来。当一个宽频的太赫兹波（即里面有很多个 频率分量的太赫兹波)发生散射，散射场中探测器所探测到的数值是每一个频率(或波长） 的太赫兹波分量在探测器位置处散射场作用的线性叠加。而当散射场发生改变时，探测器 所探测到的线性叠加后的散射波强度也互不相同，因此可以通过反演得到待测太赫兹波的 频谱信息。详细解释如下：
[0062] 按照探测器的测量频率范围，将该频段分成η等份。假设待测太赫兹波波谱曲线如 图1所示，波谱曲线就被分成η段，每一段的中心频率为6(1 = 1，2 - 1〇，频宽为4€，待测太 赫兹波中每段频率分量的功率对应于图1中每个小矩形的面积P(f〇。需要测的待测太赫兹 波谱线可以由图1中各个频率所对应的幅度进行线性拟合得到，所以目标转化为求上图中 各个小矩形的高度。考虑到η的数目比较多，根据微积分的原理，入射的太赫兹波的总入射 功率可以近似为图1中曲线下面很多个小矩形面积的总和。先不考虑控制器的作用，当入射 的太赫兹波1经过散射器件22和折射器件23后，被探测器5探测到。此时，该探测器5接收到 的功率，一方面可以通过自身直接探测；而另一方面，探测器5接收到的功率也可以通过入 射的太赫兹频谱进行计算得到。因为被探测器5探测到的太赫兹波各频率分量的功率，与原 来没有发生散射时的太赫兹波各频率分量的功率相比都有一定程度的改变，即图1中每一 个小矩形的面积发生了变化，而且这个改变的比例对于太赫兹波各频率分量来说互不相 同。这些改变比例，即探测器5对待测太赫兹波各频率分量的探测率，可以事先通过将各频 率的太赫兹波散射发生后与散射发生前探测器5所测值分别减去探测器5的固有噪声相比 后，计算测得。当各部件的位置和结构固定，即使散射器件22中的散射粒子是无序排布，该 探测率也是固定值，可以事先测得。因此就可以得到一个方程，方程的左边是探测器5探测 得到的功率测量值，方程组的右边是待测太赫兹波中各个频率分量的功率大小与探测器5 对太赫兹波各频率分量的探测率分别相乘后再相加所得到的计算值。此后，通过散射控制 器24改变散射场分布，改变后探测器5对太赫兹波各频率分量的探测率以及探测器接收到 的总的太赫兹功率又将发生变化。那么当散射控制器24输出不同的信号，在探测器5位置处 将测得一系列不同的太赫兹波散射场功率。因此，就可以得到一个方程组或矩阵方程，解此 方程组或矩阵方程就可以得到待测太赫兹波的归一化光谱。
[0063] 不过，因为探测器本身具有一定的信噪比，由于测量误差等原因，该方程组实为病 态方程组。而且如果频率划分份数η数目比较多的话，很难用普通的方法求解该方程组，所 以需要用到一些数学优化方法。比如吉洪诺夫(Tikhonov)正则化方法、最小均方算法、模拟 退火算法、交替方向乘子法。以及对这些方法进行改进后衍生出的其他优化方法，比如在吉 洪诺夫(Tikhonov)正则化方法中加入平滑因子项，该项通过控制两个相邻解之间的距离， 使得所得到的频谱曲线更加平滑，矩阵方程的近似解形式如下：
[0065] 式中，n>〇是正则化系数，它控制着范数|Cx：-j|.与附加约束条件之间的权重。0 是波谱复原结果的光滑系数，它控制着两个相邻解χ#ΡΧ2之间的距离。
[0066] 求得线性方程组的解后进行定标，就可以得到待测太赫兹波的复原频谱。
[0067] 结合以上原理，基于散射效应的太赫兹波谱测量装置的基本结构如图2所示，包括 散射器件22、折射器件23(可以省略）、散射控制器24、探测器5以及计算处理单元25。它们的 功能是:散射器件22使太赫兹波发生散射，折射器件23可以使得透过散射装置后的太赫兹 散射波的传播方向发生变化，散射控制器24可以控制探测器位置处的太赫兹散射场分布， 探测器5可以用来探测太赫兹散射波，计算处理单元25用来计算与分析数据。太赫兹波谱测 量过程是:假设一束太赫兹波1从太赫兹波源21发出，经过太赫兹准直装置2,照射到散射器 件22上。该太赫兹波1经过散射器件22后会发生散射效应，发出的正向或者反向太赫兹散射 波4经过折射器件23(或者不经过折射器件23)，最终被探测器5探测到。探测器5将所探测到 的数据发送到计算处理单元25。散射控制器24可以通过光调制或者电调制或者机械调制等 调控手段，作用于散射器件22或者折射器件23或者探测器5(图2中虚线27表示可能的数据 传输，箭头表示数据传输方向），从而使得从散射器件22透过的太赫兹散射波4在探测器5的 探测端位置处的场强分布发生变化，最终使得探测器5在散射控制器24调控下能够探测到 不同的太赫兹散射波强度。计算处理单元25通过与探测器5进行数据传输（图2中实线26表 示数据传输，箭头表示数据传输方向），记录下散射控制器24不同控制作用下探测器5的测 量结果，通过将测量结果代入并求解矩阵方程，自动实现光谱复原及结果输出。
[0068]如果要通过散射控制器24使得从散射器件22透过的太赫兹散射波4在探测器5的 探测端位置处的场强分布发生变化，可以通过多种途径实现。比如，可以通过散射控制器24