[发明专利]适用于太赫兹频段高反射材料介电参数测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种适用于太赫兹频段高反射材料介电参数测量装置及方法，该装置包括参考板、透射测量模块、反射测量模块和计算模块；该方法采用部分透射、部分反射的材料作为参考板，通过对参考板的透射测量，获得其复折射率，并推算其在设定入射角度下的反射率；分别测量参考板和待测材料板在同一设定入射角度下反射的太赫兹波能量，并结合推算的参考板的反射率，计算待测材料板的反射率；根据测量频段待测材料板的反射率及外推反射率，计算待测材料板引起的相移，从而得到待测材料板的复介电参数。该装置及方法基于光纤耦合的太赫兹时域光谱技术，特别适用于太赫兹频段高反射材料的介电参数的测量，有助于提高反射率、介电参数测量的准确度。

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，尤其涉及一种适用于太赫兹频段高反射材料介电参数测量装置及方法。

背景技术

太赫兹时域光谱技术(Terahertz time domain spectroscopy,THz-TDS)是近年来发展起来的新的光谱技术，许多大分子物质的转动、振动能级都落在了太赫兹频段，太赫兹时域光谱系统可用于测量违禁化学品(包括各类单质炸药、毒品)等大分子物质的吸收光谱，成为了一种有效的物质鉴定手段；另一方面，太赫兹时域光谱也作为一种材料特性研究工具，利用透射式、反射式太赫兹时域光谱系统对物质进行透射率、反射率测量，从而可反演材料的介电参数。

尽管目前提出了很多太赫兹频段材料介电参数的测量、反演方法，但大多只适用于弱吸收材料的透射测量，一直以来反射测量是太赫兹时域光谱技术面临的最大挑战，该技术存在反射相位测不准和高反射材料反射率幅度测不准两个主要问题；反射相位测不准来源于放置误差，反射法测量介电参数先要获得样品的反射率，包括反射的幅度和相位，需要分别在同样姿态下测量参考板的反射和待测材料板的反射的幅度相位，两次反射测量需要参考板和待测材料板的反射表面严格处于同一位置，因为太赫兹波长只有0.1mm(@1THz)，对放置误差较为敏感，误差应该在几微米的范围内，才能准确获得材料板反射引起的相移，然而通常手工放置样板无法保证这样的精度，造成无法准确反演介电参数。同时，反射定位误差也会导致反射太赫兹偏离太赫兹接收模块中的探测芯片或者波束聚焦状态被改变，也会影响幅度测量精度。

另一方面，反射率幅度测不准也来源于错误的选择参考板，通常测量反射率幅度时会选择金属板或者镀金反射镜的反射能量作为照射能量，材料板反射能量除以参考板的反射能量作为反射率幅度部分，对大多数材料是适用的且可以被接受的。但对于金属等高反射性能的材料的测量而言，以镀金反射镜作为参考板，认为其反射能量等同于照射能量，其中存在着贵金属金的反射率在所有材料里是最高、且可以反射全部能量的假设，而这一假设是不严格的，然而在很多已知频段已证实，这不是一定是正确的，尤其是在太赫兹这样一个跨度很宽的频段内。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有技术中太赫兹频段材料高反射材料测量存在反射率幅度、相位测量不准确，无法准确反演材料介电参数的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于太赫兹频段高反射材料介电参数测量装置，包括：参考板、透射测量模块、反射测量模块和计算模块；

所述透射测量模块用于对所述参考板进行太赫兹波透射测量；所述反射测量模块用于分别获取所述参考板和待测材料板在同一设定入射角度下反射的太赫兹波能量；所述计算模块用于根据所述透射测量模块的测量结果获得所述参考板的折射率和消光系数并计算所述参考板在设定入射角度下反射的反射率，结合所述参考板和所述待测材料板反射的太赫兹波能量，计算所述待测材料板的反射率和相移，解算待测材料板的介电参数。

优选地，所述反射测量模块包括气室、基板、弓型轨道、太赫兹发射模块、太赫兹接收模块和样品支架；