本实用新型属于太赫兹测量技术领域，尤其涉及一种太赫兹材料的偏振光谱特性测量装置。
背景技术：
太赫兹电磁波段的开发和利用具有重大的科学意义和潜在的应用价值。太赫兹波的频率范围为0.1THz到10THz，由于太赫兹波具有高透视性、高安全性、高光谱分辨率等独特的性质，因此，基于太赫兹波的太赫兹时域光谱技术被广泛应用于物理、化学、材料、生物医学等领域。太赫兹时域光谱技术可以进行太赫兹成像、传感、材料光谱特性检测等。其中，太赫兹材料的偏振光谱特性检测成为近几年来该领域的重要研究内容。
目前，市场上主要是应用常规的台式太赫兹时域光谱仪、或利用多触点光导天线对太赫兹偏振光谱进行测量。但是，太赫兹时域光谱仪在测量时，需要改变入射太赫兹场的偏振方向，并需要经过多次扫描才能完成测量，从而大大影响了测量效率；而利用多触点光导天线对太赫兹偏振光谱进行测量时，主要原理是用于测量相互垂直的太赫兹电场分量，可实现单次测量入射场经待测样品后的偏振态的变化，但不能测量不同入射偏振方向的太赫兹光谱特性，因此，利用多触点光导天线进行的测量，测量范围单一，并且多触点光导天线价格昂贵。
技术实现要素：
本实用新型提供了一种太赫兹材料的偏振光谱特性测量装置，旨在解决现有的偏振光谱特性测量装置测量效率低下的问题。
本实用新型是这样实现的，一种太赫兹材料的偏振光谱特性测量装置，所述装置包括：
旋光晶体，用于使入射的太赫兹脉冲产生旋光色散，已产生旋光色散的太赫兹脉冲透射过待测样本而生成携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲，所述携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲入射至聚焦镜；
所述聚焦镜，用于将所述携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲经硅片后聚焦至闪锌矿晶体；
脉冲延时器，用于使入射的探测脉冲产生延时，已延时的探测脉冲入射至宽带1/4波片；
所述宽带1/4波片，用于使所述已延时的探测脉冲转变为圆偏振态的探测脉冲，所述圆偏振态的探测脉冲入射至第一聚焦透镜；
所述第一聚焦透镜，用于将所述圆偏振态的探测脉冲经所述硅片后聚焦至所述闪锌矿晶体；
所述硅片，用于将所述携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲透射至闪锌矿晶体，并将所述圆偏振态的探测脉冲反射至所述闪锌矿晶体；
所述闪锌矿晶体，其切割方向为111°，用于使所述圆偏振态的探测脉冲与所述携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲重合，以实现探测脉冲对所述携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲的探测，已被所述携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲调制后的探测脉冲入射至第二聚焦透镜；
所述第二聚焦透镜，用于使调制后的探测脉冲准直，准直后的探测脉冲透射至非偏振分束器；
所述非偏振分束器，用于将所述准直后的探测脉冲分成第一探测子脉冲与第二探测子脉冲，所述第一探测子脉冲入射至第一宽带半波片，所述第二探测子脉冲入射至第二宽带半波片；
所述第一宽带半波片，用于调整所述第一探测子脉冲的偏振态，已调整偏振态的第一探测子脉冲入射至第一偏振分束器；
所述第一偏振分束器，用于对所述已调整偏振态的第一探测子脉冲进行偏振灵敏分束，已偏振分束的第一探测子脉冲入射至第一平衡探测器；
所述第一平衡探测器，用于对接收的所述已偏振分束的第一探测子脉冲进行偏振灵敏测量，以生成第一探测子脉冲的测量数据，以便基于所述第一探测子脉冲的测量数据得到所述待测样本的偏振光谱特性；
所述第二宽带半波片，用于调整所述第二探测子脉冲的偏振态，已调整偏振态的第二探测子脉冲入射至第二偏振分束器；
所述第二偏振分束器，用于对所述已调整偏振态的第二探测子脉冲进行偏振灵敏分束，已偏振分束的第二探测子脉冲入射至第二平衡探测器；
所述第二平衡探测器，用于对接收的所述已偏振分束的第二探测子脉冲进行偏振灵敏测量，以生成第二探测子脉冲的测量数据，以便基于所述第二探测子脉冲的测量数据得到所述待测样本的偏振光谱特性。
进一步地，将所述测量装置的待测样本放置区域内空置，在没有所述待测样本插入光路的情况下，测量得到不含所述待测样本光谱信息的定标样本测量数据，以便基于所述定标样本测量数据得到所述待测样本的偏振光谱特性。
进一步地，所述第一平衡探测器和所述第二平衡探测器还用于分别与外部系统连接，以将所述第一探测子脉冲的测量数据和所述第二探测子脉冲的测量数据同步输出至外部系统显示或处理。
进一步地，所述硅片为高纯硅片，其两面抛光。
进一步地，所述第一宽带半波片与所述第二宽带半波片分别用于对所述第一探测子脉冲的偏振态和所述第二探测子脉冲的偏振态进行调整，以使所述第一平衡探测器接收的已偏振分束的第一探测子脉冲与所述第二平衡探测器接收的已偏振分束的第二探测子脉冲互相成垂直角度。
进一步地，所述非偏振分束器为50:50的非偏振分束器。
本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：
本实用新型所提供的太赫兹材料的偏振光谱特性测量装置，包括一片旋光晶体、一聚焦镜、一切割方向为111度的闪锌矿晶体、一脉冲延时器、一宽带1/4波片、一硅片、一非偏振分束器、两只聚焦透镜、二片宽带半波片、二块偏振分束器以及两只平衡探测器。太赫兹脉冲依次经过旋光晶体、待测样本、聚焦镜、硅片后，与依次经过脉冲延时器、宽带1/4波片、第一聚焦透镜、硅片的探测脉冲在闪锌矿晶体内部重合，以实现探测脉冲对所述携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲的探测。已被所述携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲调制后的探测脉冲经由非偏振分束器被分成两路探测子脉冲，第一探测子脉冲一路依次经过第一宽带半波片以及第一偏振分束器被第一平衡探测器接收，从而生成第一探测子脉冲的测量数据；另一路第二探测子脉冲一路依次经过第二宽带半波片以及第二偏振分束器被第二平衡探测器接收，从而生成第二探测子脉冲的测量数据。最终基于第一探测子脉冲的测量数据、第二探测子脉冲的测量数据得到所述待测样本的偏振光谱特性。本实用新型由于光路中引入了旋光晶体，因此只需经过一次时间扫描，即可获得待测样本在不同光谱、不同偏振方向入射情况下的光谱特性；同时，本实用新型采用切割方向为111度的闪锌矿晶体，可以实现同时在两个垂直方向上的电光取样测量，从而大大提高了测量效率。因此，本实用新型所提供的装置能够达到高效测量的效果。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种太赫兹材料的偏振光谱特性测量装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
作为本实用新型的第一实施例，如图1所示，本实用新型提供了一种太赫兹材料的偏振光谱特性测量装置。其中，ORD表示旋光晶体、Sample表示待测样本、FM表示聚焦镜、Si表示硅片、ZB表示闪锌矿晶体、TDL表示脉冲延时器、BQW表示宽带1/4波片、L1表示第一聚焦透镜、L2表示第二聚焦透镜、NPS表示非偏振分束器、BHW1表示第一宽带半波片、BHW2表示第二宽带半波片、LP1表示第一偏振分束器、LP2表示第二偏振分束器、BD1表示第一平衡探测器和BD2表示第二平衡探测器。
旋光晶体ORD，用于使入射的太赫兹脉冲产生旋光色散，已产生旋光色散的太赫兹脉冲透射过待测样本Sample而生成携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲，该携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲入射至聚焦镜FM。其中，旋光晶体ORD使入射的太赫兹脉冲产生旋光色散，即完成光谱-偏振编码；
聚焦镜FM，用于将所述携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲经硅片Si后聚焦至闪锌矿晶体ZB。其中，该聚焦镜FM可以采用太赫兹透镜，也可以采用太赫兹聚焦反射镜；
脉冲延时器TDL，用于使入射的探测脉冲产生延时，已延时的探测脉冲入射至宽带1/4波片BQW。设置该脉冲延时器TDL的主要目的是为了使入射的探测脉冲的时间相对于上述的太赫兹脉冲的时间延时，由于探测脉冲时间宽度比太赫兹脉冲时间宽度短得多，因此，该脉冲延时器TDL可改变探测脉冲和太赫兹脉冲的相对时间位置，从而使得探测脉冲可以探测到太赫兹脉冲在不同时间点的信息，每次扫描一个时间点，探测脉冲在闪锌矿晶体ZB处探测到该时间点的太赫兹脉冲信息；
宽带1/4波片BQW，用于使所述已延时的探测脉冲转变为圆偏振态的探测脉冲，该圆偏振态的探测脉冲入射至第一聚焦透镜L1。其中，宽带1/4波片BQW主要是把所述已延时的探测脉冲的线偏振态变为圆偏振态；
第一聚焦透镜L1，用于将所述圆偏振态的探测脉冲经硅片Si后聚焦至闪锌矿晶体ZB；
硅片Si，用于将所述携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲在低损耗的情况下透射至闪锌矿晶体ZB，并将所述圆偏振态的探测脉冲反射至闪锌矿晶体ZB；
闪锌矿晶体ZB，其切割方向为111°，用于使所述圆偏振态的探测脉冲与所述携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲重合，以实现探测脉冲对所述携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲的探测，已被所述携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲调制后的探测脉冲入射至第二聚焦透镜L2。此处，设置闪锌矿晶体ZB的目的主要是为了实现探测脉冲对所述携带待测样本光谱信息的太赫兹脉冲的探测，即实现对太赫兹脉冲光谱的电光取样。
第二聚焦透镜L2，用于使所述调制后的探测脉冲准直，准直后的探测脉冲透射至非偏振分束器NPS；
非偏振分束器NPS，用于将所述准直后的探测脉冲分成第一探测子脉冲S1与第二探测子脉冲S2，第一探测子脉冲S1入射至第一宽带半波片BHW1，第二探测子脉冲S2入射至第二宽带半波片BHW2。在本实施例中，非偏振分束器NPS为50:50的非偏振分束片，用于将所述准直后的探测脉冲等分成第一探测子脉冲S1与第二探测子脉冲S2；
第一宽带半波片BHW1，用于调整第一探测子脉冲S1的偏振态，已调整偏振态的第一探测子脉冲入射至第一偏振分束器LP1；
第一偏振分束器LP1，用于对所述已调整偏振态的第一探测子脉冲进行偏振灵敏分束，已偏振分束的第一探测子脉冲入射至第一平衡探测器BD1；
第一平衡探测器BD1，用于对接收的所述已偏振分束的第一探测子脉冲进行偏振灵敏测量，以生成第一探测子脉冲的测量数据，以便基于所述第一探测子脉冲的测量数据得到待测样本Sample的偏振光谱特性；
第二宽带半波片BHW2，用于调整第二探测子脉冲S2的偏振态，已调整偏振态的第二探测子脉冲入射至第二偏振分束器LP2；
第二偏振分束器LP2，用于对所述已调整偏振态的第二探测子脉冲进行偏振灵敏分束，已偏振分束的第二探测子脉冲入射至第二平衡探测器BD2；
第二平衡探测器BD2，用于对接收的所述已偏振分束的第二探测子脉冲进行偏振灵敏测量，以生成第二探测子脉冲的测量数据，以便基于所述第二探测子脉冲的测量数据得到待测样本Sample的偏振光谱特性。
在对待测样本进行测量之前，应首先将所述测量装置的待测样本放置区域内空置，在没有待测样本Sample插入光路的情况下，测量得到不含所述待测样本光谱信息的定标样本测量数据，以便基于所述定标样本测量数据得到所述待测样本的偏振光谱特性。此处测量得到定标样本测量数据，目的是为了对旋光介质，如旋光晶体ORD的旋光特性进行定标测量。因此，在测量得到定标样本测量数据时，所采用的入射太赫兹脉冲、入射探测脉冲、以及本装置中所包括的其他光学元件的角度、大小等特性应与测量待测样本时的太赫兹脉冲、入射探测脉冲、以及本装置中所包括的其他光学元件的特性设置相同。
通过分别测量有和没有待测样本插入光路的两种情况下，第一平衡探测器BD1和第二平衡探测器BD2得到不同的测量数据结果；并根据第一平衡探测器BD1和第二平衡探测器BD2得到的不同的测量数据结果，即可推算出经过待测样品后太赫兹脉冲的振幅、相位以及偏振信息等数据，从而基于该太赫兹脉冲的振幅、相位以及偏振信息等数据，进一步得到待测样品的偏振光谱特性。
进一步地，第一宽带半波片BHW1与第二宽带半波片BHW2分别用于对第一探测子脉冲S1的偏振态和第二探测子脉冲S2的偏振态进行调整，以使所述第一平衡探测器接收的已偏振分束的第一探测子脉冲与所述第二平衡探测器接收的已偏振分束的第二探测子脉冲互相成垂直角度。
进一步地，第一平衡探测器BD1还用于与外部系统连接，第二平衡探测器BD2还用于与外部系统连接，以将所述第一探测子脉冲的测量数据和所述第二探测子脉冲的测量数据同步输出至外部系统显示或处理。所述外部系统可以为PC电脑等。
进一步地，硅片Si为高纯硅片，其两面抛光。
综上所述，本实用新型第一实施例通过引入具有旋光色散功能的介质，只需经过一次时间扫描，即可获得待测样本在不同光谱、不同偏振方向入射情况下的光谱特性，因此本实用新型所提供的装置能够达到高效测量的效果；同时，本实用新型实施例采用切割方向为111度的闪锌矿晶体替代了传统的切割方向为110度的闪锌矿晶体，可以实现同时在两个垂直方向上的电光取样测量。
作为本实用新型的第二实施例，如图1所示，本实施例提供了一种太赫兹材料的偏振光谱特性测量装置。
首先，可采用800nm的钛宝石飞秒激光泵浦太赫兹电光晶体、光导开关、或空气等来产生太赫兹脉冲。所产生的太赫兹脉冲可先用一90°离轴抛物面镜进行准直后，再入射至旋光晶体中。该旋光晶体可选择既具备旋光色散特性，又对太赫兹场吸收较弱的石英晶体。待测样本被放置于前述的石英晶体的后面，太赫兹脉冲经待测样本后，可用另一90°离轴抛物面镜进行聚焦，即图中所示FM，其焦点位置在闪锌矿晶体处。其中，该闪锌矿晶体的作用是为了电光取样。在本实施例中，该闪锌矿晶体为切割角度为111度的闪锌矿晶体。
同时，本实施例所用的探测脉冲取自于800nm的钛宝石飞秒激光器的输出脉冲的一小部分。该探测脉冲先经一脉冲时间延时器TDL和一宽带1/4波片BQW后，原来的线偏振状态被调整为圆偏振状态。聚焦透镜L1可采用平凸石英透镜。圆偏振状态的探测脉冲经聚焦透镜L1后也被聚焦于上述切割角度为111度的闪锌矿晶体处。在该闪锌矿晶体内，探测脉冲与太赫兹脉冲在该处空间重合，从而进一步通过扫描时间延时线实现探测脉冲对太赫兹脉冲的探测。
然后，探测脉冲透过闪锌矿晶体，被一50:50的非偏振分束片等分为两子脉冲，分别为S1和S2。S1经过第一宽带半波片BHW1和第一偏振分束器LP1后被第一平衡探测器BD1接收，其中，第一偏振分束器LP1为线偏振器。该第一平衡探测器BD1的输出光强，即第一探测子脉冲的测量数据表达式如下：
其中，Ptot表示探测脉冲的功率，ψ1表示闪锌矿晶体方向与第一偏振分束器的主轴间的夹角，δ1表示闪锌矿晶体方向和第一宽带半波片主轴间的夹角，n表示闪锌矿晶体的折射率、γ41表示闪锌矿晶体的电光系数、L表示闪锌矿晶体的厚度、和分别表示相互垂直的两个方向上的太赫兹电场。
同样地，S2经过第二宽带半波片BHW2和第二偏振分束LP2后被第二平衡探测器BD2接收，其中，第二偏振分束器LP2为线偏振器。该第二平衡探测器BD2的输出光强，即第二探测子脉冲的测量数据表达式如下：
其中，Ptot表示探测脉冲的功率，ψ2表示闪锌矿晶体方向与第二偏振分束器的主轴间的夹角，δ2表示闪锌矿晶体方向和第二宽带半波片主轴间的夹角，n表示闪锌矿晶体的折射率、γ41表示闪锌矿晶体的电光系数、L表示闪锌矿晶体的厚度、和分别表示相互垂直的两个方向上的太赫兹电场。
通过调整第一宽带半波片和第二宽带半波片，使得cos(2ψ1-4δ1)＝±1、以及sin(2ψ2-4δ2)＝±1，可以同时测量和并依据同时测量得到的两个垂直方向的太赫兹场时间波形，根据需要将该时间波形进行傅里叶变换，即可得到不同待测太赫兹材料的偏振光谱的振幅、相位以及偏振变化。
当上述cos(2ψ1-4δ1)＝+1或cos(2ψ1-4δ1)＝-1时，sin(2ψ2-4δ2)＝0；同样，sin(2ψ1-4δ1)＝+1或sin(2ψ1-4δ1)＝-1时，cos(2ψ2-4δ2)＝0。因此，通过分别调整第一宽带半波片和第二宽带半波片，使得两路光分别满足上述两种情况，就可同时分别测量和综上所述，本实用新型第二实施例通过引入具有旋光色散功能的介质，只需经过一次时间扫描，即可获得待测样本在不同光谱、不同偏振方向入射情况下的光谱特性，因此本实用新型所提供的装置能够达到高效测量的效果；同时，本实用新型实施例采用切割方向为111度的闪锌矿晶体替代了传统的切割方向为110度的闪锌矿晶体，可以实现同时在两个垂直方向上的电光取样测量。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。