改变散射器件22中散射粒子或散射粒子周围介质的形状、大小、分布、结构、介电常数、电导 率或者折射率，或者改变折射器件23中介质的形状、分布、结构、电导率或者折射率，或者改 变散射器件22、折射器件23、探测器5三者之一的相对位置和放置角度，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波散射波强度。
[0069] 根据上述控制太赫兹波散射场的方案，可以设计出不同结构的太赫兹波谱测量装 置。下面结合上述太赫兹波谱测量的原理，具体举几个实施例：
[0070] 实施例1:
[0071] 本实施例中太赫兹波谱测量装置的结构图如图3所示。散射器件22在本实施例中 为一个等离子体频率小于太赫兹波频率的本征半导体3。所用本征半导体可为本征砷化镓 (GaAs)或者本征硅(Si)。散射控制器24在本实施例中为激光器6、透镜组8、空间光调制器。 空间光调制器采用数字微反射镜7(Degital Micromirror Device)。激光器6可采用掺钛蓝 宝石激光器。探测器5为太赫兹波探测器，如Golay Cell或者Bolometer。透镜也可以换为反 射镜。待测的太赫兹波沿着传输方向依次经过本征半导体3和探测器5。散射控制器24所包 含的激光器6、透镜组8、数字微反射镜7发出激光图案信号射在作为散射器件22的本征半导 体3的表面。为了自动实现光谱复原过程中的数值采集与计算，本实施例中还包括与探测器 5信号连接的计算处理单元25(图3中未示出）。折射器件23在本实施例中省略。
[0072] 在本实施例中，本征半导体3的表面与太赫兹波1传输方向垂直，太赫兹波1透过本 征半导体3后，形成太赫兹散射波4，可被太赫兹波探测器5探测到。因为本征半导体3本身并 不能使得太赫兹波发生散射，如果要使得散射发生，需要采用上述散射控制器24发射出可 调制激光9,在半导体3的表面形成具有一定分布的激光光斑12。如图3所不为在半导体表面 所形成的激光光斑图样，黑点部位为激光照射的区域。根据公知常识，当激光照射在半导体 上时，在激光照射的半导体表面位置处的光生载流子浓度较高，使得该处半导体表面的等 离子体频率和介电常数与半导体其它位置不同，当被激光照射的部位线宽小于太赫兹波波 长的十分之一，被激光照射的半导体区域就形成了散射粒子的结构，使得透过半导体3的太 赫兹波1在被激光照射处发生瑞利散射。
[0073] 通过数字微反射镜7照射在半导体表面的激光光束，使得照射的半导体表面无序 或者有序地排布有各种形状激光图样。通过在半导体表面照射激光图样可以使得半导体表 面可形成各种散射结构，如图4所示。该散射结构可以是规律性排布，也可以呈无序排布。通 过数字微反射镜7可以切换照射在半导体表面的激光图样，从而调制经由半导体的太赫兹 波的散射场分布。由于计算处理单元25与数字微反射镜7可以进行数据交换，数字微反射镜 7每次控制照射在半导体表面的激光光束，探测器5自动记录数据，记录完成后，数字微反射 镜7自动切换照射在半导体表面的激光图样，使得探测器5测到另一个值。
[0074] 为了提高测量的准确性，本实例中首先使入射的太赫兹波通过一个准直装置2,本 实施例中的准直装置2的结构如图5所示，包括两个共焦的太赫兹波凸透镜15,两个太赫兹 波凸透镜15共同的焦点处设置有光阑16,待测太赫兹波通过该光学准直装置2后即可转变 为平行传输的太赫兹波1。这样不仅使得只有平行传输的太赫兹波才能入射到该太赫兹波 谱测量装置，而且限定了待测太赫兹波的波束宽度，有利于提高测量的准确度。
[0075] 由上述分析可知，当散射器件确定后，透过散射器件的太赫兹散射波强度与待测 的太赫兹波频率以及散射控制器的输出信号有关。因此，对于某一特定频率的太赫兹波，通 过散射控制器改变照射在半导体表面的光场分布，太赫兹探测器就将探测到不同的太赫兹 波强度;而对于不同频率的太赫兹波，当照射到半导体表面的激光图样不发生变化时，经由 散射器件的各频率太赫兹散射波场强角分布也不同。在照射到半导体表面的激光取η种不 同的分布图案时，太赫兹探测器就可以测得η个数据，将探测器探测到的值去除环境噪声后 所得到的值作为增广矩阵;将探测器所能探测的频率范围均匀划分成η份，每一份中心频率 的太赫兹波分量在待测太赫兹波中的大小作为未知数;事先测得在每一个激光图样使得太 赫兹波发生散射时所对应的探测器对各太赫兹波频率分量的探测率，并将该探测率的数值 代入到系数矩阵。通过吉洪诺夫(Tikhonov)正则化方法求解矩阵方程，并将所得结果进行 线性拟合、频谱定标就可以得到待测太赫兹波的波谱。基于该原理即可得到本发明的波谱 测量(波谱复原)方法，具体如下：
[0076] 步骤1、将所述探测器所能探测的频率范围等分为η个频率宽度为Af的频段，η为 大于3的整数，各频段的中心频率Sf i，f 2，…fn。
[0077] 如图1所示，在探测器的测量频率范围内，将太赫兹波谱曲线均匀划分成η段。整个 光谱面积就被近似划分为多个细长的矩形，假设每一份的中心频率分别为^，^，…^，频率 间隔为A f，P(fi) (i = 1，2，…η)为频率fi的太赫兹波频率分量对应的功率大小，待测太赫兹 波中每个频率段所对应的太赫兹波分量的功率即为每个小矩形的面积，根据微积分原理， 入射太赫兹波的总功率Ρο可以近似为图中曲线下面各个小矩形面积的总和，即各频率分量 功率的迭加。如果用数学公式表示，可表示为：
[0079] 步骤2、令待测入射太赫兹波依次通过半导体和探测器5,并通过激光器6、数字微 反射镜7和透镜组8在半导体表面照射η个不同的激光图案，用这η个激光图案下探测器所探 测到的值分别减去环境噪声后，得到一组数值，记为…Ρ η。这里的数值可以为功率，也 可以是其它表示强度大小的量。在本实施例中为功率。
[0080] 通过激光器6、数字微反射镜7和透镜组8在半导体表面照射η个不同的激光图案 时，要使得这些激光图案中至少有一个以上线径小于太赫兹波长的小点图案，小点所在位 置为激光照射在半导体表面的位置。这些小点图案可以无序分布。不同小点之间可以是小 点图案的位置或者大小的变化，也可以是点的形状变化。
[0081] 由于测量环境中或多或少会存在噪声影响，本发明为了提高太赫兹波谱测量结果 的准确性，将实测得到太赫兹波功率数据进行校准，即减去环境噪声的功率。对于特定的测 量环境，环境噪声所产生的功率值是唯一确定的定值，即在没有待测入射太赫兹波条件下， 太赫兹波探测器所探测到的测量环境中的功率数据。将探测器在η个不同的激光图案所对 应探测到测量值分别减去环境噪声后，分别记为Pi，Ρ 2，…Ρη。
[0082] 在给半导体表面照射第j幅激光图案的情况下，太赫兹探测器所测到的太赫兹散 射波功率值再减去噪声功率后，应为：
[0084] 其中，Cij(i = 1，2…n) (j = 1，2…η)表示在第j个激光图案照射在半导体表面的情 况下，频率为^的太赫兹波在经过与不经过半导体的情况下（或者激光图案照射与不照射 半导体的情况下），太赫兹波探测器所探测到的值分别减去环境噪声后的两者的比值。
[0085] 当给半导体表面照射η种不同的图案时，太赫兹波探测器就可以测得一系列的功 率数据，将这些功率表示为如下线性方程组：
[0086] Pi = CnP(f 1) +C21P(f2)+· · · +CnlP(fn),
[0087] P2 = C12P(fi) +C22P(f2)+· · · +Cn2P(fn),
[0088] ···
[0089] Pn = ClnP(f 1 ) +C2nP(f 2) + · · · +CnnP(fn),
[0090] 其中，Cn，C21，…Cnl分别为在第1幅激光图案照射在半导体上，频率为f i，f 2，…f"的 太赫兹波在经过与不经过半导体的情况下(或者激光图案照射与不照射半导体的情况下）， 太赫兹波探测器所探测到的值分别减去环境噪声后的两者的比值。当波谱测量装置各部件 的位置以及散射控制器的输出值确定后，则Cu为一组定值，可通过实验测得，例如，可采用 如下方法:先用宽频的太赫兹波分别通过中心透射频率为…fn的太赫兹波超窄带通 滤波片(很多厂家可以生产，例如德国Thorlabs公司，也可以通过超材料自制），分别生成频 率为fi，f 2，…fn的单频太赫兹波，每个单频太赫兹波的频谱宽度为△ f，让通过太赫兹波窄 通滤波片出射的频率为，f2，…fn的单频太赫兹波依次经过没有激光照射的半导体，用太 赫兹波探测器分别探测经由太赫兹波窄带滤波片和半导体的中心频率分别为…fn的 太赫兹波强度;然后通过激光器6、数字微反射镜7和透镜组8在半导体表面照射某个激光图 案，测量由太赫兹波窄通滤波片出射的不同频率的太赫兹波通过半导体后探测器所探测到 的太赫兹波强度，测得的太赫兹波强度与没有激光照射在半导体表面时所测强度分别减去 噪声强度后两者的比值，即为不同频率的太赫兹波在该激光图案照射下对于太赫兹波探测 器的探测率dj，C2j，…C nj(j = 1，2···η)。通过数字微反射镜7改变照射在半导体表面的图案， 重复上述步骤，即可得到一组数据(^(1 = 1，2-1〇(」=1，2 - 11)。这一组数据可组成系数矩 阵C:
[0092] 系数矩阵C是波谱测量装置在以上几组激光照射图案确定后的固有参数，当散射 控制器的输出参数确定后，该太赫兹波谱测量装置对应一个恒定的系数矩阵C。
[0093] 步骤3、通过求解以下矩阵方程得到待测入射太赫兹波中各频率分量f^fs，…匕的 功率 ραο,ρα〗），···？(&)。
[0095]如果用矩阵形式y = Cx表示，设X代表每一份的中心频率在待测太赫兹波中的归一 化功率的大小，C代表探测率组成的系数矩阵，而太赫兹波探测器所接收到相应的功率减去 噪声功率后作为增广矩阵y，则线性方程组可表示为以上矩阵形式。
[0096] 而吉洪诺夫(Tikhonov)正则化方法是求解病态方程组较为先进的方法，但必须选 择合适的正则化参数，并在必要时在吉洪诺夫(Tikhonov)正则化方法中加入平滑因子项， 使得所得到的频谱曲线更加平滑。求解上述线性方程组得X:
[0098]就可以求得待测太赫兹波谱中各频率分量所对应功率P(f〇的大小。
[0099]除了上述采用的吉洪诺夫(Tikhonov)正则化方法外，还可以采用最小均方算法、 模拟退火算法、交替方向乘子法等数学优化方法求解上述线性方程组。
[0100] 步骤4、对P(f i)，P(f 2)，…P(fn)进行线性拟合，并经波谱定标，得到待测太赫兹波 的波谱。
[0101] 在