[发明专利]物质在太赫兹波段吸收系数及折射率的获取装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹时域光谱技术应用的领域，尤其涉及一种物质在太赫兹波段吸收系数及折射率的获取装置及方法。

背景技术

太赫兹(THz)波位于微波和红外辐射之间，其频谱范围在0.1-10THz。90年代初，由于自由电子激光器和超短脉冲激光技术的发展，极大地促进了太赫兹辐射在光谱技术领域的发展。近年来，太赫兹时域光谱技术(Terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS)已经越来越多地应用在氨基酸、糖类以及核酸嘧啶等的定性检测、药物成份的定量检测、医疗健康及危险品安全检测等方面。这是由于绝大数生物大分子的集体振动均处于太赫兹波段，使得太赫兹时域光谱技术不但可以定性的判断物质成分也可以定量测试物质含量。此外，太赫兹波可以穿透塑料、纸张、皮革及木头，因此太赫兹时域光谱技术可以应用在机场人身及包裹等的安全检测中；太赫兹波的能量非常小，因此太赫兹时域光谱技术可以应用于珍贵生物样品、医药及炸药的无损探测。然而，太赫兹时域光谱技术的应用依托于对物质在太赫兹波段吸收系数及折射率的测试对比分析，通过比较物质在太赫兹波段的吸收系数和折射率，不但可以辨别固相物质，而且可以区分不同的液相物质。这是现阶段医疗和安全检查领域极其欠缺的，也是其它光谱技术无法达到的。如果能够将太赫兹时域光谱技术应用于贴近人们生活的药物生产、医学治疗及机场安全检测等方面，这将对维护人类社会健康及安全具有非常重要的现实意义。

在太赫兹时域光谱技术的实际应用中，首先遇到的问题就是要快速有效地获得物质在太赫兹波段的吸收系数及折射率。简言之，就是需要一套快速有效获得物质太赫兹吸收系数及折射率的方法。目前对固相物质太赫兹谱测试方法涉及得不多，对液相物质的测量更是少之又少，故此，设计合适的样品测试装置及快速计算样品吸收系数及折射率的方法是太赫兹时域光谱技术迈向实际应用的前提及关键步骤。通常，样品测试装置或针对固相物质，或针对液相物质，没有可以同时测试固/液相物质的装置。但在实际应用中，固相薄片（如：药片）、固相粉末（如：炸药及毒品等）及液相物质（如：易燃性液体）不仅需要在同一装置中快速测试，而且需要在测试后快速计算获得物质在太赫兹波段的吸收系数及折射率以便进行物质辨别。因此，合适的快速测试装置和简单的参数提取方法是太赫兹时域光谱技术迈向实际应用必不可少的两大关键。

发明内容

本发明为了解决背景技术中所存在的技术问题，提出了一种物质在太赫兹波段吸收系数及折射率的获取装置及方法。

本发明的技术方案是：一种物质在太赫兹波段吸收系数及折射率的获取装置，其特殊之处在于：包括飞秒激光源、分光器、光延迟单元、THz发射源、样品测试装置、THz探测器、计算机；还包括用于盖住凹陷测试圆斑的顶盖；

上述分光器设置在飞秒激光源后方，其分出的一路光进入THz探测器，其分出的另一路光经过光延迟单元后进入THz发射源；

上述样品测试装置放置在THz波的前进光路上；

上述样品测试装置包括圆盘和平移台；

上述圆盘设置在平移台上；

上述圆盘上圆周均布有多个盲孔；

上述THz探测器用于接收穿过样品测试装置的THz波；

上述THz探测器的输出信号送入计算机；

上述圆盘及顶盖的材质为聚四氟乙烯；

上述光学延迟单元包括两块成锐角或钝角放置的单向反射镜；

上述圆盘厚度为4mm；所述顶盖厚度为1mm；所述凹陷测试圆斑深度为3mm。

一种固液相物质在太赫兹波段吸收系数及折射率的获取方法，其特殊之处在于：

包括以下步骤：

1】获得参考样品与待测物质在太赫兹波段的振幅及相位信息：

1.1]将测试圆盘固定在平移台上，取适量待测物质放入凹陷测试圆斑内；

1.2]启动平移台，将测试圆盘移至太赫兹波透过位置；然后精确控制平移台，将首个样品测试点移至太赫兹波的焦点位置；设置测试时的扫描次数及分辨率，按顺序在相同时间间隔下依次完成对样品的测试；

1.3]采集数据，得到参考时域信号与样品时域信号，经过快速傅里叶转换，计算出样品E_s与参考E_ref在太赫兹波段频域的振幅和相位信号；

其中，ρ为待测样品与参考的振幅比，为待测样品与参考信号的相位比；

2】获取待测物质在太赫兹波段折射率机吸收系数；

2.1]根据下式计算待测物质在太赫兹波段折射率：