[发明专利]基于单元胞立体相位光栅的被动式THz光谱仪

权利要求书

1.一种基于单元胞立体相位光栅的被动式THz光谱仪，包括前置会聚透镜(1)、前置视场光阑(2)、准直镜(3)、单元胞立体相位光栅(4)、后置会聚透镜(5)、后置孔径光阑(6)、左线阵探测器(7)、右线阵探测器(8)，窗口片(12)，左线阵探测器(7)和右线阵探测器(8)其特征在于：

所述的被动式THz光谱仪依据光路传输依次排列有前置会聚透镜(1)、前置视场光阑(2)、准直镜(3)、单元胞立体相位光栅(4)、后置会聚透镜(5)、后置孔径光阑(6)、左线阵探测器(7)、右线阵探测器(8)，窗口片(12)，左线阵探测器(7)连接有左线阵探测器控制处理系统(9)，右线阵探测器(8)连接有右线阵探测器控制处理系统(10)，探测器控制处理系统(9，10)与控制采集处理计算机(11)相连；

光谱仪工作时，目标热辐射的太赫兹波经过前置会聚透镜(1)会聚后，在焦平面处经过前置视场光阑(2)滤光，经过准直镜(3)得到平行光束，在单元胞立体相位光栅(4)处衍射后，其中的±1级衍射光进过相位调制加强，该衍射光经过会聚透镜(5)会聚后由后置孔径光阑(6)滤去其中的0级和高级次衍射光，±1级衍射光分别在会聚后置透镜(5)的焦平面处经过窗口片(12)滤光后由左线阵探测器(7)、右线阵探测器(8)探测，由左线阵探测器控制处理系统(9)、右线阵探测器控制处理系统(10)和控制采集处理计算机(11)进行归一化技术处理的得到目标的光谱。

2.根据权利1所述的基于单元胞立体相位光栅的被动式THz光谱仪，其特征在于，所述单元胞立体相位光栅(4)通过凹槽深度h调制±1级衍射光干涉加强，该凹槽深度h与光源的中心频率υ₀，入射角α满足关系式：

即所述单元胞立体相位光栅(4)的槽深h，由光源的中心频率v₀光线入射角α共同决定，满足：

其中，c为光速，d为光栅常数，α为平行太赫兹波入射单元胞立体相位光栅(4)的入射角，h_primary为使得中心频率v₀的±1级衍射光调制效果相同的槽深数组，h为槽深数组中使得调制加强效果最好的槽深数据。

3.根据权利1所述的基于单元胞立体相位光栅的被动式THz光谱仪，其特征在于，后置孔径光阑(6)任一侧通光孔位置的开孔最高点e_max、最低点e_min和离后置会聚透镜(5)的距离R分别需满足下列关系：

其中，θ为+1级衍射光与0级衍射光夹角，θ_max为该夹角的最大值，θ_min为该夹角的最小值，υ_max为入射太赫兹波的最大频率，υ_min为入射太赫兹波的最小频率，d为光栅常数，α为平行太赫兹波入射单元胞立体相位光栅(4)的入射角，β为立体相位光栅(4)与后置会聚透镜(5)的夹角，D为光束照射到立体相位光栅(4)上的口径，s为立体相位光栅(4)到后置会聚透镜(6)的距离，f为后置会聚透镜(5)的焦距。

4.根据权利1所述的基于单元胞立体相位光栅的被动式THz光谱仪，其特征在于，所述的控制采集处理计算机(11)进行归一化技术处理方法如下：所述归一化技术即对对应频率能量数据乘上归一化系数，该归一化系数与入射角α和该能量数据对应的频率υ相关：

式中，+1对应+1级衍射光，-1对应-1级衍射光，α为平行太赫兹波入射单元胞立体相位光栅4的入射角，υ为该能量数据对应的频率，h为单元胞立体相位光栅的槽深。