[发明专利]太赫兹光谱成像系统及其快速扫描方法

权利要求书

1.一种太赫兹光谱成像系统，其特征在于，包括：

飞秒脉冲产生装置，用于输出重复频率锁定且可主动调节的飞秒脉冲；

分束器，用于将所述飞秒脉冲进行分束；

太赫兹产生装置，用于产生太赫兹脉冲；

太赫兹收集装置，用于收集太赫兹脉冲；

太赫兹探测装置，用于对所述太赫兹脉冲的时域电场进行探测。

2.如权利要求1所述的太赫兹光谱成像系统，其特征在于，所述飞秒脉冲产生装置包括：

电脉冲产生模块，用于将信号源输出的频率为f的电信号作用到阶跃恢复二极管，在负载上输出重复频率为f、脉冲宽度为阶跃二极管阶跃时间t的电脉冲信号；

连续激光光源；

强度调制模块，用于将所述连续激光光源输出的单纵模连续激光调制成输出重复频率与所述电脉冲信号的重复频率相同，脉冲宽度与所述电脉冲信号的宽度相似的激光脉冲信号；

多级级联放大模块，用于将所述激光脉冲信号的激光功率进行放大；

非线性放大模块，用于将在多级级联放大后的激光脉冲信号的光谱宽度和能量进行放大；

脉宽压缩模块，用于将在非线性放大后的激光脉冲信号的脉冲宽度进行压缩至飞秒级。

3.如权利要求2所述的太赫兹光谱成像系统，其特征在于，所述阶跃时间t为皮秒级。

4.如权利要求2所述的太赫兹光谱成像系统，其特征在于，所述连续激光光源为单纵模CW激光器、半导体激光器、光纤激光器或固体激光器。

5.如权利要求2所述的太赫兹光谱成像系统，其特征在于，所述强度调制模块为电光调制器、MZI调制器或半导体调制器。

6.如权利要求2所述的太赫兹光谱成像系统，其特征在于，所述多级级联放大模块和非线性放大模块均为光纤放大器、固体放大器、薄片激光器、陶瓷放大器中的一种；

所述多级级联放大和非线性放大的方法均为分离脉冲放大、啁啾脉冲放大、自相似放大、孤子放大、高阶色散补偿的非线性放大中的至少一种。

7.一种基于权利要求1～6中任意一项所述的太赫兹光谱成像系统的快速扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：

将飞秒脉冲产生装置输出的重复频率可主动调节的飞秒脉冲激光利用分束器分束成两束激光，记为第一激光束和第二激光束；

将所述第一激光束照射在光电导天线或电光晶体上，产生太赫兹脉冲；

利用太赫兹收集装置将所述太赫兹脉冲进行收集，并输入至太赫兹探测装置中；

将所述第二激光束作为参考光，耦合到光纤中以达到空间距离的偏移，使得光束中的参考光与太赫兹脉冲偏离a个脉冲信号；

改变电脉冲信号产生模块中信号源的输出频率，对飞秒脉冲激光的重复频率进行主动调节，改变参考光与太赫兹脉冲的时间延时，完成对太赫兹脉冲的取样过程，实现太赫兹脉冲时域扫描。

8.如权利要求7所述的快速扫描方法，其特征在于，所述飞秒脉冲激光的生成方法为：

利用信号源输出以频率f周期性变化的电信号，将所述电信号作用到阶跃恢复二极管，随着输入信号的周期性变化，在负载上输出重复频率为f，脉冲宽度为阶跃恢复二极管阶跃时间t的电脉冲信号；

将连续激光光源输出的单纵模连续激光输入强度调制模块，利用所述电脉冲信号对强度调制模块进行调制，输出重复频率与电脉冲信号的重复频率相同，脉冲宽度与电脉冲信号宽度相似的激光脉冲信号；

将所述激光脉冲信号进行功率调节、脉冲宽度调节和能量调节后，得到飞秒脉冲激光。

9.如权利要求8所述的快速扫描方法，其特征在于，所述激光脉冲信号的功率调节是通过多级级联放大模块实现的。

10.如权利要求8所述的快速扫描方法，其特征在于，所述激光脉冲信号的脉冲宽度和能量的调节是通过非线性放大模块和脉宽压缩模块实现的。