[发明专利]一种太赫兹频段同步测量材料透波反射特性的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料检测技术，特别涉及一种太赫兹频段同步测量材料透波反射特性的方法和装置。

背景技术

太赫兹频段目标散射特性基础研究项目意在建立典型目标太赫兹电磁特性模型，研究目标在太赫兹频段的电磁特性计算、测量、分析和特征提取等的方法，掌握太赫兹频段目标的散射特性，形成典型目标太赫兹频段电磁散射特性数据库，为太赫兹主动探测与成像的军事应用提供技术支撑。

在太赫兹目标特性研究中，需要了解各种材料的电磁参数，从而可以利用这些参数进行目标的散射建模。而在现有技术中，材料的电磁参数大多通过实验的方法来获得，通常是通过两套太赫兹反射、透射光路系统来分别获得材料的反射系数、透射系数，然后再经过反演获得材料在该太赫兹频段的电磁参数。由于是使用两套不同的实验测试系统，因此即使所放置的是同一材料样品，电磁波入射在该材料样品上的位置等参数都会具有较大的测试误差，并且测试效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种太赫兹频段同步测量材料透波反射特性的方法和装置，从而可以在同一太赫兹脉冲下同步完成同一待测材料样品的反射系数和透射系数的同步测量与数据采集，实现待测材料的反射系数、透射系数和电磁参数的同步获取。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种太赫兹频段同步测量材料透波反射特性的方法，该方法包括：

设置一个用于测量透射系数的透射探测光路和一个用于测量反射系数的反射探测光路；

在材料板支架上放置参考样板，使得太赫兹脉冲波以45度角斜入射到参考样板，并使得被参考样板反射的太赫兹脉冲波输出至反射探测光路中的第二探测器；

撤去参考样板，使得太赫兹脉冲波直接输出至透射探测光路中的第一探测器；

第一探测器将接收到的太赫兹脉冲波转换为第一参考信号，第二探测器将接收到的太赫兹脉冲波转换为第二参考信号；

在材料板支架上放置待测材料板，使得太赫兹脉冲波以45度角斜入射到待测材料板，并使得被待测材料板透射的太赫兹脉冲波输出至透射探测光路中的第一探测器，同时使得被待测材料板反射的太赫兹脉冲波输出至反射探测光路中的第二探测器；

第一探测器将接收到的太赫兹脉冲波转换为透射信号，第二探测器将接收到的太赫兹脉冲波转换为反射信号；

根据所述透射信号、反射信号、第一参考信号和第二参考信号，计算得到待测材料板的透射系数、反射系数和所需的电磁参数。

较佳的，透射系数和反射系数通过如下的公式计算得到：

其中，τ和t分别表示反射系数和透射系数，I_r(ω)和I_s(ω)分别为待测材料板的反射信号和待测材料板的透射信号经傅立叶变换以后得到的信号强度，I_r0(ω)和I_i(ω)分别为第二参考信号和第一参考信号经傅立叶变换以后得到的信号强度。

较佳的，根据如下的方法得到电磁参数：

当45°入射的太赫兹脉冲波被待测材料板透射时，介质中传播因子为：

其中，p(ω,L)为介质中传播因子，ω为频率，L为介质的厚度，为复折射率，c为光速；

根据如下公式计算得到复透射系数为：

其中，H(ω)为复透射系数，E_total(ω)为通过待测材料板的太赫兹波的电场强度，E_ref(ω)为第一参考信号的电场强度，入射角为折射角，为空气的折射率，对于空气介质为待测材料板的复折射率，L为太赫兹波在待测材料板中传输的距离，b为参考信号与直接透射的太赫兹电磁波在待测材料板内产生的附加光程差，FP(ω)为由于法布里波罗标准具效应引起的干涉项，

忽略样品中多次震荡，可令：FP(ω)＝1，则：

其中，n₂为复折射率实部，k₂为复折射率虚部消光系数；

将复透射函数写成辅角和模的形式：

联立方程(1)和(2)，代入ρ(ω)、Φ(ω)的测量值即可计算得到材料的折射率n₂(ω)和k₂(ω)；

根据复折射率的实部和虚部计算复介电常数：