[发明专利]一种基于频谱的太赫兹材料复折射率测量方法

说明书

本发明公开了一种基于频谱的太赫兹材料复折射率测量方法，包括，利用频谱测量仪进行样品测量，基于测量数据得到离散频谱上的频率透射率T(f)和时域反射特性t(τ)；将所述频率透射率T(f)表示为法布里‑珀罗干涉(FP干涉)形式，并基于所述时域反射特性t(τ)取得τsubgt;0/subgt;；定义高斯函数g(τ,τsubgt;0/subgt;)和其对应的频谱G(f,τsubgt;0/subgt;)；基于所述高斯函数g(τ,τsubgt;0/subgt;)对所述频率透射率T(f)进行处理获得更新后的频谱透射率T′(f,τsubgt;0/subgt;)；基于所述处理后的频谱透射率得到所述局部极大值(极小值)组数m和复折射率实部n，并计算得到初始相位φ；根据Kramers‑Kronig关系计算所述复折射率的虚部k，得到所述样品的复折射率和吸光度。

技术领域

本发明涉及材料测量领域。具体的，涉及一种基于频谱的太赫兹材料复折射率测量方法。

背景技术

许多材料在太赫兹频段能够体现出不同于微波频段的特性，具有很多新的应用潜力尚待开发。但当前对于太赫兹频段材料特性的测量手段尚不够完善，所采用的方法主要基于连续波的频谱技术，很难达到微波频段已经实现的高分辨力和高灵敏度。在对太赫兹频段的材料(尤其是固体材料)进行测量时，要求被测材料样品的表面必须平行，此时材料前后表面之间会产生的法布里-珀罗干涉(FP干涉)。FP干涉会影响基于传统时域方法的材料特性测量结果，但从频谱的角度，FP干涉能够带有材料复折射率等参数的信息，可用于提取太赫兹材料的测量。

发明内容

为解决上述问题至少之一，本发明的一个目的在于提供一种基于频谱的太赫兹材料复折射率测量方法，包括：

利用频谱测量仪进行样品测量，基于测量数据得到离散频谱上的频率透射率T(f)和时域反射特性t(τ)；将所述频率透射率T(f)表示为法布里-珀罗干涉(FP干涉)形式，并基于所述时域反射特性t(τ)取得τ₀；定义高斯函数g(τ,τ₀)及对应的频谱G(f,τ₀)；

基于所述高斯函数g(τ,τ₀)对所述频率透射率T(f)进行处理获得更新后的频谱透射率T′(f,τ₀)；基于所述处理后的频谱透射率的局部极大值和局部极小值得到所述局部极大值(极小值)组数m和复折射率实部n，并计算得到初始相位φ；

根据吸收与透明介质折射率之间的数学关系(Kramers-Kronig关系)计算所述复折射率的虚部k，得到所述样品的复折射率和吸光度。

优选的，所述频谱测量仪包括太赫兹频谱分析仪和傅立叶变换红外光谱仪，所述频谱测量仪的探测信号需垂直入射至所述样品表面。

优选的，所述测量数据包括：参考信号的频谱R(f)和经过样品后信号的频谱S(f)，根据：

S(f)＝T(f)R(f)

计算得到离散频谱上的透射率T(f)，并经傅立叶逆变换获得时域的反射特性t(τ)，其中f为频率，τ为时刻。

优选的，所述将所述频率透射率T(f)表示为法布里-珀罗干涉(FP干涉)形式，并基于所述时域反射特性t(τ)取得τ₀包括：

定义被测材料的复折射率为厚度为d，则其带有FP干涉特性的透射率T(f)可表示为：

其中，α＝4kπ/λ，R为材料内表面反射率，α为吸收系数，λ为当前波长，c为光速，θ为相位，φ为初始相位。

所述基于所述高斯函数g(τ,τ₀)对所述频率透射率T(f)进行处理得到处理后的频谱透射率T′(f,τ₀)；包括：