[发明专利]基于编码调制的快速太赫兹光谱系统信噪比改善方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于编码调制的快速太赫兹光谱系统信噪比改善方法及系统，将调制编码加到现有太赫兹光谱系统的调制偏压上，产生以调制编码信号为副载波的太赫兹信号，进而在探测端产生与经过编码调制的太赫兹信号强度成正比的电流信号。通过编码调制太赫兹信号，增加了太赫兹信号的内在相关性，提高了其在传输过程中的干扰能力，可在不增加实际累加次数的前提下带来良好的编码增益，显著提高系统的信噪比水平。

技术领域：

本发明属于太赫兹光谱和成像技术领域，具体涉及一种基于编码调制的快速太赫兹光谱系统信噪比改善方法及系统。

背景技术：

基于光电导天线的太赫兹时域光谱系统是当前最为成熟的太赫兹光谱产品。其基本原理为：在发射端，使用飞秒脉冲激光器激发光电导天线产生自由载流子(电子空穴对)，自由载流子在发射天线外加100V左右偏压高电压下迅速迁移，产生了电流的瞬态变化，变化周期在亚ps量级，进而辐射出与飞秒激光脉冲相同重复频率的太赫兹脉冲。在探测端，同步飞秒脉冲照射到探测天线，激发自由载流子，与发射端不同的是，此时的外加偏置电压为太赫兹信号感应电场，自由载流子在太赫兹电场的驱动下产生迁移，在探测天线两极即产生与太赫兹信号强度成正比的电流信号。

目前，太赫兹信号探测方式主要有两种：一种是基于步进电机光学延迟线延迟采样和太赫兹信号逐点取样积分方式，同时结合周期幅度调制和锁相放大检测，可以获得比较高的信噪比，但是这种方式将耗费大量的时间来获得长周期太赫兹时域脉冲信号。第二种方式为基于快速扫描光学延迟线结合同步信号采集，通过周期信号累加的方式来获得信号信噪比的提升，这种方式有相对更高的信号获取速率，但很难获得较高的信噪比水平，一般用于对光谱范围和分辨率要求不高的光谱成像领域。

发明内容：

本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种基于编码调制的快速太赫兹光谱系统信噪比改善方法及系统，解决了当前基于光电导天线进行太赫兹信号产生和探测上存在的信噪比和时效性无法兼顾以及信噪比水平整体有待提高问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于编码调制的快速太赫兹光谱系统信噪比改善方法，将调制编码加到现有太赫兹光谱系统的调制偏压上，产生以调制编码信号为副载波的太赫兹信号，进而在探测端产生与经过编码调制的太赫兹信号强度成正比的电流信号。

基于编码调制的快速太赫兹光谱系统信噪比改善方法，具体包括以下步骤：(1)飞秒激光器输出的一路信号经过一段延迟光纤注入到太赫兹发射传输接收单元的光电导发射天线，产生自由载流子，自由载流子在光电导发射天线外具有一定编码方式的偏置电压下迅速迁移，产生以编码调制信号为副载波的的太赫兹信号；

(2)步骤(1)得到的经过编码调制的太赫兹信号依次经过准直透镜和聚焦透镜，最终照射到太赫兹发射传输接收单元的光电导探测天线上，为光电导探测天线施加了偏置电场；

(3)快速光学延迟线在信号发生和采集处理单元的同步精确控制下，控制飞秒激光器的另一路输出光按时到达光电导探测天线，该过程产生的自由载流子在步骤(2)偏置电场的作用下，产生与经过编码调制的太赫兹信号强度成正比的电流信号；

(4)电流信号经过后续放大后进入信号发生和采集处理单元进行模数转换采集，转化为数字信号后，按照编码矩阵格式逐行存放在内部存储器中，并参照编码调制信号进行同步对齐，待多次累加后将累加后逐行数据发送至上位机；(5)上位机依次存储编码矩阵各行的数据，待全部编码数据汇总后形成完整的信号矩阵，信号矩阵与编码矩阵的逆矩阵进行乘法运算，再进行移位和纵向累加，即可得到一组解码后的太赫兹时域信号数据。

其中，步骤(1)中的编码方式包括但不限于simplex码，Golay互补码等，码元周期一般设置为百微秒量级，即码元重复频率为数千赫兹。光电导发射天线在飞秒脉冲和调制偏压的共同作用下，将产生以编码调制信号为副载波的的太赫兹信号。