[发明专利]利用双锁相技术提高时间分辨太赫兹光谱信噪比的方法

说明书

本发明涉及一种利用双锁相技术提高时间分辨太赫兹光谱信噪比的方法，首先搭建时间分辨太赫兹光谱系统；其次需要扫描延迟线完成探测部分的信号输入；接着将探测部分的信号输入两台锁相放大器中，同时完成两台斩波器与两台锁相放大器之间的信号同步；接着实现太赫兹产生部分中斩波器对泵浦部分中斩波器的信号同步，再将滤除泵浦光路背景噪声的信号从锁相放大器输入产生部分中锁相放大器，与滤除产生部分背景噪声的信号做差，经产生部分锁相放大器解调最终得到信号差值ΔE/E，扫描延迟线即可得到样品完整载流子动力学过程。本发明可以大幅提高系统的信噪比，不仅可以用于时间探测太赫兹系统中，在小信号强背景噪声场合中也适用。

技术领域

本发明属于超快光谱技术中时间分辨太赫兹光谱的信噪比提升技术领域，具体涉及一种利用双锁相技术提高时间分辨太赫兹光谱信噪比的方法。

背景技术

太赫兹光谱技术是进行太赫兹波段下光谱研究的有效手段，可以在生物、环境、医药、安检及通信等各个领域对物质的特性进行研究。时间分辨太赫兹光谱作为结合太赫兹时域光谱和泵浦—探测技术在近年来发展起来的有效的非接触式的探测方法，可以直接观测到样品信号的光致变化反映出的信息，针对材料带内电荷转移过程进行研究。相比只能测的样品静态特性的太赫兹时域光谱，时间分辨太赫兹光谱可以测得物质的动态变化信息。

时间分辨的太赫兹系统在分光过程中将一束超快激光脉冲分为三束，用于产生太赫兹辐射的激发光、泵浦光和探测光，相比太赫兹时域光谱多分出一束泵浦光路作为泵浦源激励样品。光路中含有两条延迟线，既可以观测半导体样品中载流子运动的超快现象，又能探测光泵浦下样品太赫兹谱的变化。因此时间分辨太赫兹光谱的商用化也成为了当前太赫兹技术的一个主要发展方向，这也对太赫兹信号的产生、探测、传输与处理的速度与精度提出了更高的要求。

由于飞秒激光脉冲的应用，太赫兹信号得以产生并被探测到，但被探测到的信号与噪声的能量比例约为1:106，因而很容易湮没在背景噪声中，因而需要采取一定的手段以抑制噪声提高信号品质。针对上述信号采集对信噪比的较高要求，目前主要有解决去除背景噪声，抽取有效信号的方法，即锁相放大技术。

锁相放大技术是通过仪器从背景噪声中提取所需信号的常用技术，实现此项技术的仪器即为锁相放大器。锁相放大器可用于提取强噪声中的微弱信号检测，具有自动获取所测信号的大小方向、抗干扰能力强、可以大幅提升所测信号的测量精度，因而被广泛应用于信号检测中。常见的锁相放大电路主要由信号通道、参考通道、相位检测器和低通滤波器组成。在时间分辨太赫兹系统中使用的锁相放大器是SR830。该仪器也是太赫兹信号处理的核心仪器，可以滤除大部分噪声，因而其参数选择也起到一定的作用。锁相放大器在系统中主要起到低通滤波和相敏检波放大的作用。低通滤波过程需要设置相应的低通时间常数，该常数设置与信号采集好坏与否密切相关。相敏检波放大的部分的参考信号输入由斩波器提供。但目前时间分辨太赫兹系统所采用的信号采集方法一般只应用到一台锁相放大器，信噪比不够高，导致有效信息噪声湮没而无法准确获取材料特性和超快动力学信息。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种利用双锁相技术提高时间分辨太赫兹光谱信噪比的方法；所采用的双锁相技术可以有效去除时间分辨太赫兹光谱中由于激光能量抖动带来的背景噪声，提高信噪比，获取有效的物理信息。本方法仅依靠信号采集过程中优化和信息调制，具有易于实施、可大幅优化信噪比的优点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：