宽带太赫兹波时域探测与光斑成像一体化装置及调整方法
【专利摘要】本发明涉及一种宽带太赫兹波时域探测与光斑成像一体化装置及调整方法，将太赫兹波时域探测系统和光斑成像系统结合起来，采用安装在移动平台上的可翻转凹透镜、可翻转反射镜和钻有通孔的离轴抛物面镜来调节和切换系统，在实际操作过程中，只需要依据实际实验情况调节可翻转凹透镜的位置及其和可翻转反射镜的翻转，就可实现宽带太赫兹波时域探测与光斑成像装置的调整，从而实现宽带太赫兹波时域探测与光斑成像实验装置之间的快速转换。构成简单，容易操作，该装置对于各种不同原理产生的太赫兹波，及各种不同频谱宽度的太赫兹波均适用。
【专利说明】宽带太赫兹波时域探测与光斑成像一体化装置及调整方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电磁波探測及成像技木，特别涉及一种宽带太赫兹波时域探測与光斑成像一体化装置及调整方法。
【背景技术】
[0002]—般称谓的太赫兹波是指频率在0.1到10 THz范围的电磁波，在电磁波谱中位于微波与红外辐射之间；有时候太赫兹波也被赋予ー种更广泛的定义，其频率范围可包含高达100 THz的电磁波，这包括了整个中、远红外波段。太赫兹波同其相邻两侧的红外和微波一祥，在探測和光斑成像等方面能够发掘全新的技术，从而实现在材料、微电子、医学诊断、大气与环境监测、生物检测和通讯等诸多方面的应用。太赫兹科学和技术已经成为21世纪最有如途的研究方向之一。
目前，太赫兹波从频谱宽度来区分主要分为窄带太赫兹波的产生及探測和宽带太赫兹波的产生及探测两大类。
[0003]窄带太赫兹波，其频谱宽度约为0-4 THz，普遍采用的方法是光电导天线和电光晶体来发射和探測太赫兹波。光电导天线发射太赫兹波时，一束超快激光光束照射光电导天线，在光电导材料中产生电子-空穴对，自由载流子被偏置电场加速，产生瞬变的光电流，这种快速的、随时间变化的电流辐射出太赫兹波。电光晶体发射太赫兹波时，一束超短激光脉冲聚焦在电光材料上，通过二阶或高阶非线性光学过程来产生低频电极化场，由此辐射出太赫兹电磁波。利用这两种方法产生和探測太赫兹波的过程中，太赫兹辐射的频谱范围有两个共同的限制因素:ー是光电导天线及电光晶体的响应速度，二是激发光脉冲的脉冲宽度，另外利用电光晶体来发射和探測太赫兹波还受由相位匹配条件所限制的相干频谱范围影响。由于太赫兹频谱范围越宽，在材料及生物医学检测方面可提供的有效信息就越多，太赫兹通讯等应用也具有更大的发展前景。所以，这种窄带的太赫兹源已经满足不了当前的科研要求，众多的研究者都在致力干拓宽其频谱范围，开发出ー种新型的宽带太赫兹源。
[0004]宽带太赫兹波，其频谱范围为零到几十太赫兹甚至一百太赫兹，目前主要是利用空气来产生和探測。飞秒激光脉冲及其二次谐波经透镜聚焦后在空气中发生四波混频过程，利用三阶非线性效应来产生超强超宽带太赫兹波。利用空气探测太赫兹波正是运用了此非线性效应的逆过程，太赫兹波与超短激光脉冲在外加电场的作用下诱导产生二次谐波
【权利要求】
1.一种宽带太赫兹波时域探測与光斑成像一体化装置，其特征在于，包括激光光源(1)，分束片(2)，太赫兹波发射系统(3)，反射镜A (4)，反射镜B (5)，光束延时系统(6)，反射镜C (7)，凸透镜A (8)，可翻转凹透镜(9)，离轴抛物面镜(10)，金属电极(11)，高压电源(12)，凸透镜B (13)，带通滤波片(14)，可翻转反射镜D (15)，能量衰减片(16)，CXD光束质量分析仪(17 )和光电探测器及信号处理系统(18 )，激光光源(I)发出的激光通过分束片(2)后，部分透射光作为泵浦光束进入太赫兹波发射系统(3)用于辐射太赫兹波，另一部分反射光束作为探测光束经反射镜A (4)反射后进入太赫兹波时域探测系统或光斑成像系统； 太赫兹波时域探测系统:反射镜A (4)输出的反射光经反射镜B (5)反射通过光束延时系统(6)，再由反射镜C (7)反射经过共焦的凸透镜A (8)和离轴抛物面镜(10)中的通孔后聚焦于离轴抛物面镜(10)的焦点处；太赫兹波发射系统(3)输出的辐射太赫兹波经离轴抛物面镜(10)聚焦，并与探測光束聚焦于同一点，聚焦后的探測光束与太赫兹波在金属电极(11)两端由高压电源(12)提供的高压的作用下产生探測光束的二次谐波信号，发散的二次谐波信号经过凸透镜B (13)准直后再经带通滤波片(14)滤光后，最后进入光电探测器及信号处理系统(18); 光斑成像系统:反射镜A (4)输出的反射光经反射镜B (5)反射通过光束延时系统(6),再由反射镜C (7)反射经过凸透镜A (8)和可翻转凹透镜(9)后输出平行光，平行光通过离轴抛物面镜(10)中的通孔到达其焦点处；太赫兹波发射系统(3)输出的辐射太赫兹波聚焦后亦到达同一焦点处，离轴抛物面镜(10)出射的探測光束与太赫兹波在金属电极(11)两端由高压电源(12)提供的高压的作用下产生探測光束的二次谐波信号，二次谐波信号经过凸透镜B (13)准直后再经带通滤波片(14)滤光后，经可翻转反射镜D (15)反射，通过能量衰减片(16)进入CXD光束质量分析仪(17)进行成像。
2.根据权利要求1所述宽带太赫兹波时域探測与光斑成像一体化装置，其特征在干，所述金属电极(11)置于离轴`抛物面镜(10)的焦点处，高压电源(12)给金属电极(11)两端提供的为交流电压，高压电源(12)其工作频率与激光光源(I)发出激光的频率相同或为其1/n倍，n为整数。
3.一种宽带太赫兹波时域探測与光斑成像一体化装置调整方法，包括宽带太赫兹波时域探測与光斑成像一体化装置，其特征在于，具体包括如下调整步骤: I)太赫兹波光斑成像:将可翻转凹透镜(9)和可翻转反射镜D (15)翻转进入光路，激光光源(I)发出的激光通过分束片(2)反射出的探測光束经反射镜A (4)及反射镜B (5)反射通过光束延时系统(6)，再由反射镜C (7)反射经过凸透镜A (8)和可翻转凹透镜(9)后输出平行光，平行光通过离轴抛物面镜(10)中的通孔到达其焦点处，激光光源(I)发出的激光通过分束片(2)透射出的透射光经太赫兹波发射系统(3)辐射出的太赫兹波经离轴抛物面镜(10)聚焦后亦到达同一焦点，调整可翻转凹透镜(9)下方的移动平台，使焦点处的探測光光斑面积大于聚焦后的太赫兹光斑面积，调整后，探測光束与太赫兹波在金属电极(11)两端电压的作用下产生探測光束的二次谐波信号，其強度正比于太赫兹波电场幅度，发散的二次谐波信号经过凸透镜B (13)准直后再经带通滤波片(14)滤除其余杂散光，经可翻转反射镜D (15)反射，最后通过能量衰减片(16)进入CXD光束质量分析仪(17)成像；.2)太赫兹波时域探測:将可翻转凹透镜(9)和可翻转反射镜D (15)翻下，激光光源(I)发出的激光通过分束片(2)反射出的探測光束经反射镜A (4)及反射镜B (5)反射通过光束延时系统(6)，再由反射镜C (7)反射经过凸透镜A (8)和离轴抛物面镜(10)中的通孔后聚焦，与激光光源(I)发出的激光通过分束片(2)透射出的透射光经太赫兹波发射系统(3)辐射出的太赫兹波聚焦于同一点，聚焦后的探測光束和太赫兹波在金属电极(11)两端电压的作用下产生探測光束的二次谐波信号，其強度正比于太赫兹波电场幅度，发散的二次谐波信号经过凸透镜B (13)准直后再由带通滤波片(14)滤除其余杂散光，最后进入光电探测器及信号处理系统(18)，得到太赫兹波的频谱图。
【文档编号】G01J3/40GK103557941SQ201310525743
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】彭滟, 朱亦鸣, 周云燕, 刘姝祺, 方丹, 陈向前, 洪淼, 庄松林 申请人:上海理工大学, 江苏拓领光电科技有限公司