[发明专利]一种太赫兹波性能的检测装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁波检测技术，特别涉及一种太赫兹波二维电场幅度和频率以及相位分布的检测装置和方法。

背景技术

自上世纪八十年代太赫兹（THz）被人类正式认识之后，随着超快技术的发展，使得获得宽带稳定的脉冲THz源成为一种准常规技术，THz技术得以迅速发展。太赫兹辐射是频率在0.1到10 THz范围的电磁波，这一波段位于微波与红外之间，它的独特性能给通信（宽带通信）、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像（无标记的基因检查、细胞水平的成像）、无损检测、安全检查（生化物的检查）等领域带来了深远的影响。由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率也很高；又由于它的脉冲很短（皮秒量级）所以具有很高的时间分辨率。此外，THz具有携带信息量丰富、高时空相干性、低光子能量等特性，在天文、生物、计算机、通信等科学领域有着巨大的应用价值。因此对于太赫兹时域光谱内所携带信息的检测就显得尤为重要。而目前对于太赫兹波二维平面上的能量、频率、相位分布等特性还没有一个能同步测量这些参数的装置和对应方法。

发明内容

本发明是针对目前缺少能有效同时探测太赫兹波二维电场幅度和频率以及相位分布的方法及装置的问题，提出了一种太赫兹波性能的检测装置和方法，采用了具有可调谐反射空间太赫兹波效果的本征锗材料平板、抛物面镜、二维扫描振镜和两个一维直流电机，将本征锗材料平板固定在太赫兹准直光束传输的路径中，通过调节二维扫描振镜，使缩束后的光束扫描本征锗材料的不同空间位置，反射需要探测的区域，同时用电光晶体探测太赫兹光束的时域光谱，最后通过后期频谱分析处理，即可实现太赫兹光束不同区域内电场幅度、频率和相位的数据提取。

本发明的技术方案为：一种太赫兹波性能的检测装置，包括两个分束片；三个反射镜；太赫兹源；抛物面镜A；平面金属镜；本征锗；两个凸透镜；凹透镜；二维扫描振镜；抛物面镜B；ZnTe晶体；四分之一玻片；沃拉斯顿棱镜；PD探头；由飞秒激光器输出的初始激光脉冲，通过第一分束片后，反射光作为光束一经过第一反射镜进入太赫兹源，太赫兹源输出产生太赫兹波，经过离轴抛物面镜A后，产生一个准直的太赫兹光束，被平面金属镜反射后透过固定着的本征锗平板；

通过第一分束片的透射光经过第二分束片，第二分束片输出的反射光作为光束二经过第二反射镜再次反射后，经过第一凸透镜和凹透镜的缩束后，通过调节二维扫描振镜，改变光出射方向，照射到本征锗平板上的不同位置，形成类似金属的表面，反射太赫兹光，没有被照射到的位置处太赫兹波仍然被透射，透过的太赫兹波平行进入抛物面镜B；

通过第一分束片的透射光经过第二分束片，第二分束片输出的透射光作为光束三，经过第三反射镜反射，与抛物面镜B汇聚光合束，再依次通过电光晶体、凸透镜、四分之一玻片、渥拉斯顿棱镜，进入PD探头进行信号的光电转换，后续进行信号记录和处理。

所述装置还包括两组延迟系统，延迟系统由两个反光镜和一维直流电机组成，放置在光束二和光束三的光路中，调节光路光程。

所述太赫兹源选用超短脉冲激光聚焦在空气中形成等离子体拉丝从而产生太赫兹波，或者用超短激光聚焦在光电导天线上激发载流子高速运动从而产生太赫兹波，或者用光整流方法即用超短脉冲激光和非线性介质的相互作用而产生太赫兹波。

所述电光晶体从ZnTe、GaP、GaAs、ZnCdTe、HgCdTe、LiNbO₃中任选一种。

所述装置的太赫兹波性能检测方法，具体包括如下步骤

1）采集初始背景信号时，先挡住光束二，用探测光束记录透过本征锗平板后的完整太赫兹波信号；

2）当光束二照射到本征锗平板上时，被照射的区域反射THz波，剩余的THz波透过本征锗平板后进入探测系统；将完整的太赫兹波信号和部分被反射后的太赫兹波信号相减即可得到被照射区域的相关太赫兹特征信息；

3）通过二维振镜调节控制光束二照射在本征锗平板上的不同位置，结合后期频谱分析处理和二维数据再组合，即可实现太赫兹光束不同区域内电场幅度、频率和相位的数据提取。

本发明的有益效果在于：本发明太赫兹波性能的检测装置和方法，通过设计的新装置和新探测方法可以同步测得不同原理产生的太赫兹源在空间平面上能量、频率、相位的分布，一、可以解决国际上对源特征探测的科学难题，为后期的科学研究工作奠定基础，二、在实际应用中可以帮助使用者针对不同的源采用不同的特征选取手段，提高太赫兹波的应用效率。

附图说明