[发明专利]太赫兹时域光谱系统

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，特别是涉及太赫兹时域光谱系统。

背景技术

太赫兹(THz，1THz＝10¹²Hz)频段是指频率从0.1THz到10THz、波长介于微波与红外光之间的电磁辐射区间。太赫兹辐射因其时间尺度短，因此可以提供超快时间分辨光谱的能力，可以用于透过生物体、电介质材料、气相物质等一些材料，通过分析样品材料的透反射太赫兹信号便可以获得关于材料的成分，以及物理、化学、生物学状态等信息。还因为太赫兹波的频带较广，以及其光子能量小，不会对检测物质造成损害，使得太赫兹技术可以应用于成像、光谱分析、无损检测以及高速无线通信等诸多领域。

光电导采样和电光采样是两种常用的太赫兹检测技术。其中电光采样需要的脉冲能量低，并且具有较高的灵敏度和探测带宽。但该技术也存在一定的缺陷，电光采样是基于电光效应，太赫兹脉冲在通过双折射电光晶体时会改变晶体的折射率使得探测光的偏振态发生改变，经过调制光路后，测得探测光两分量的光强差，从而计算出太赫兹脉冲的强度。但是这种方法只适用于低强度的太赫兹信号，对于高强度的太赫兹脉冲信号使用这种方法会导致信号畸变、失真等而得到错误的信息。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供结构简单、太赫兹脉冲信号测量精度高的太赫兹时域光谱测试系统。

一种太赫兹时域光谱系统，包括飞秒激光器、第一光阑、分束镜，所述飞秒激光器辐射的飞秒激光经所述第一光阑准直，再由所述分束镜将所述飞秒激光分为泵浦光和探测光；还包括第一光路组件、第二光路组件、合束片和探测装置；

所述泵浦光经第一光路组件产生太赫兹脉冲；所述探测光经第二光路组件产生与所述泵浦光等光程的线偏振光；

所述探测光和太赫兹脉冲经合束片合束，得到携带太赫兹脉冲信息的待检测光束；

所述探测装置用于探测所述待检测光束，沿所述待检测光束传播方向依次包括第一电光晶体、第二电光晶体、四分之一波片、沃拉斯顿棱镜、光电探测器、锁相放大器和信息处理装置；所述第一电光晶体与第二电光晶体的厚度相等，且所述第一电光晶体与第二电光晶体晶轴夹角能够调节。

在其中一个实施例中，所述第一电光晶体和第二电光晶体均为闪锌矿晶体。

在其中一个实施例中，所述第一电光晶体晶轴与第二电光晶体晶轴的夹角为180度。

在其中一个实施例中，所述信息处理装置包括具体用于按照如下公式确定所述太赫兹脉冲的振幅：

其中，n是碲化锌晶体未受太赫兹场作用时的本征折射率，γ₄₁是碲化锌晶体的电光张量，L是碲化锌晶体的厚度，λ是飞秒激光器的中心波长，ΔI是光电探测器测得探测光的o光与e光的光强差，I是光电探测器测得的o光与e光的光强和。

在其中一个实施例中，所述第一光路组件沿所述泵浦光传播方向依次包括多个反射镜、第二光阑、第一透镜、太赫兹脉冲发射装置、第一抛物面镜和第二抛物面镜；

所述太赫兹发射装置用于辐射产生太赫兹脉冲；

所述第一抛物面镜、第二抛物面镜相对设置，且所述第一抛物面镜用于将太赫兹脉冲进行准直处理；所述第二抛物面镜用于将太赫兹脉冲进行聚焦处理。

在其中一个实施例中，所述第一光路组件中还包括硅片，用于滤除杂光，仅让所述太赫兹脉冲透过；所述硅片设置在所述太赫兹发射装置与所述第一抛物面镜之间。

在其中一个实施例中，所述太赫兹发射装置为有源的光电导天线或无源的非线性光学整流晶体中的一种。

在其中一个实施例中，所述无源的非线性光学整流晶体为偏硼酸钡晶体。

在其中一个实施例中，所述第二光路组件沿所述探测光传播的方向依次包括延迟线装置、斩波器、二分之一波片、格兰棱镜、第二透镜和第三光阑；

所述斩波器用于为所述锁相放大器提供调制频率；所述二分之一波片、格兰棱镜用于调节所述探测光的偏振性。

在其中一个实施例中，所述光电探测器为差分光电探测器。

上述太赫兹时域光谱系统中，泵浦光经第一光路组件产生太赫兹脉冲；探测光经第一光路组件产生与泵浦光等光程的线偏振探测光，且线偏振探测光和太赫兹脉冲经合束片合束，得到携带太赫兹脉冲信息的待检测光束。同时在探测装置中使用了两块等厚的电光晶体，改变这两块电光晶体之间晶轴的夹角，对探测光的两个分量o光和e光，有一个相位补偿，实现对强太赫兹脉冲的线性探测，提升了测量精度。

附图说明

图1为太赫兹时域光谱系统光路图。