CN208795653U - 一种背景和样品信号同步测量的太赫兹时域光谱*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种背景和样品信号同步测量的太赫兹时域光谱***，包括飞秒激光器、斩波器、M1分束镜、THz发射器、H1抛物面镜、N1反射镜、N2反射镜、H2抛物面镜、M2分束镜、延迟模块、Q1 THz探测器、THz分束镜、H3抛物面镜、Q2 THz探测器、锁相放大器和计算机，延迟模块与计算机之间、斩波器与锁相放大器之间、Q1 THz探测器与锁相放大器之间、Q2 THz探测器与锁相放大器之间、锁相放大器与计算机之间采用数据线连接，其余部分为光路部分，采用自由空间传输或光纤耦合传输。通过设计同步测量背景信号和样品信号的光路，使得太赫兹背景信号能够真实反映样品测试过程中的背景波动情况，消除测量过程中背景信号波动对测量结果的影响。
Description
技术领域
本实用新型属于太赫兹技术领域，涉及太赫兹时域光谱测试技术，尤其是一种背景和样品信号同步测量的太赫兹时域光谱***，适用于太赫兹时域光谱的背景和样品信号同步测量。
背景技术
太赫兹波是指频率介于（0.1~10）THz之间的电磁波，介于远红外和毫米波之间。太赫兹波具有良好的介质穿透性、低电离能和相干性等优异特性，因此在材料科学、信息科学、航空航天等重要领域具有广阔的应用前景。
太赫兹时域光谱***是利用太赫兹时域光谱技术测量样品材料在太赫兹波段光谱特性的仪器。太赫兹时域光谱仪被广泛应用在物质成分识别、***物检测、生物样品测试以及气体监测等众多领域。
在利用太赫兹时域光谱仪进行样品测试时，通常需要先测量一个没有加入样品时的背景太赫兹信号；然后在样品测量光路中放入待测样品，测量待测样品在太赫兹波段的太赫兹光谱信号，两个信号相除便可以得到样品在太赫兹波段的透射或反射光谱信息。由于背景信号随时间变化，测量背景光和信号光时间上的先后顺序导致样品信号与背景信号相比时，不能真实反映样品测试时的背景信号。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种背景和样品信号同步测量的太赫兹时域光谱***，设计同步测量背景信号和样品信号的光路，能够同时获得样品测量过程中的真实背景信号，消除背景信号波动带来的影响，得到样品真实的光谱透射比信号，进而提高太赫兹波段样品测量的可靠性。
本实用新型的技术方案如下：
一种背景和样品信号同步测量的太赫兹时域光谱***，包括飞秒激光器、斩波器、M1分束镜、THz发射器、H1抛物面镜、N1反射镜、N2反射镜、H2抛物面镜、M2分束镜、延迟模块、Q1 THz探测器、THz分束镜、H3抛物面镜、Q2 THz探测器、锁相放大器和计算机，延迟模块与计算机之间、斩波器与锁相放大器之间、Q1 THz探测器与锁相放大器之间、Q2 THz探测器与锁相放大器之间、锁相放大器与计算机之间采用数据线连接，其余部分为光路部分，采用自由空间传输或光纤耦合传输。
飞秒激光经M1分束镜分为A1泵浦光和A2探测光，A2探测光穿过延迟模块后经M2分束镜一路传递给Q2 THz探测器，另一路经N1反射镜和N2反射镜传递给Q1探测器；A1泵浦光进入THz发射器后激发THz发射器产生太赫兹波，经H1抛物面镜准直后再由THz分束镜进行光路分束，一路为样品测量光路经H3抛物面镜进入Q2THz探测器，另一路为背景测量光路经H2抛物面镜进入Q1 THz探测器。
斩波器用于对飞秒激光进行调制并给锁相放大器提供参考信号，M1分束镜用于将飞秒脉冲激光器发出的飞秒激光分成泵浦光和探测光，THz发射器用于产生太赫兹脉冲信号，H1抛物面镜、H2抛物面镜、H3抛物面镜用于对太赫兹波进行准直和聚焦，N1反射镜、N2反射镜用于改变光传播方向，M2分束镜用于将探测光分成两束，延迟模块用于改变探测光延时对太赫兹脉冲信号进行扫描，Q1 THz探测器、Q2 THz探测器用于探测太赫兹脉冲信号，THz分束镜用于将太赫兹光分成背景测量光和样品测量光，锁相放大器用于采集并放大太赫兹信号，计算机用于太赫兹时域光谱信号处理。
THz发射器可选用光电导天线，主要用于在飞秒脉冲激光激励下产生太赫兹辐射波。Q1 THz探测器、Q2 THz探测器可选择ZnTe晶体，主要用于太赫兹波探测。延迟模块一般为机械式的扫描延迟线，用于产生一系列的光程差。
特别地，THz分束镜主要用于对入射在其上的太赫兹波进行分束。THz分束镜将入射的太赫兹波分为透射太赫兹波和反射太赫兹波，透射太赫兹波用于样品在太赫兹波段下的透射光谱信号测量，反射太赫兹波用于背景信号测量。借助于THz分束镜的分光作用而能够同步测量背景信号和样品信号，太赫兹背景信号能够真实反映样品测试过程中的背景波动情况。
本实用新型的效果和益处是：
（1）该太赫兹时域光谱***，通过设计同步测量背景信号和样品信号的光路，使得太赫兹背景信号能够真实反映样品测试过程中的背景波动情况；
（2）同步测量过程能够减少常规测试方法中由于背景信号和样品信号测量过程的不同步而造成样品透射信号测量不准确，能够得到样品真实的光谱透射比信号。
附图说明
图1 太赫兹时域光谱***原理图。
图中：1 飞秒激光器；2 斩波器；3 M1分束镜；4 THz发射器；5 H1抛物面镜；6 N1反射镜；7 N2反射镜；8 H2抛物面镜；9 M2分束镜；10 延迟模块；11 Q1 THz探测器；12 THz分束镜；13 H3抛物面镜；14 Q2 THz探测器；15 锁相放大器；16 计算机。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
一种太赫兹时域光谱***，如说明书附图1所示，包括飞秒激光器1、斩波器2、M1分束镜3、THz发射器4、H1抛物面镜5、N1反射镜6、N2反射镜7、H2抛物面镜8、M2分束镜9、延迟模块10、Q1 THz探测器11、THz分束镜12、H3抛物面镜13、Q2 THz探测器14、锁相放大器15和计算机16，延迟模块10与计算机16之间、斩波器2与锁相放大器15之间、Q1 THz探测器11与锁相放大器15之间、Q2 THz探测器14与锁相放大器15之间、锁相放大器15与计算机16之间采用数据线连接，其余部分为光路部分，采用自由空间传输或光纤耦合传输。
飞秒激光经M1分束镜3分为A1泵浦光和A2探测光，A2探测光穿过延迟模块10后经M2分束镜9一路传递给Q2 THz探测器14，另一路经N1反射镜6和N2反射镜7传递给Q1探测器11；A1泵浦光进入THz发射器4后激发THz发射器4产生太赫兹波，经H1抛物面镜5准直后再由THz分束镜12进行光路分束，一路为样品测量光路经H3抛物面镜13进入Q2 THz探测器14，另一路为背景测量光路经H2抛物面镜8进入Q1 THz探测器11。
实施例
太赫兹时域光谱***操作方法：
a)采用功率计对飞秒激光器1的输出功率进行监测，根据THz发射器4的要求将飞秒激光器1的输出功率调节至合适位置；
b)将飞秒激光器1输出的飞秒激光通过斩波器2，斩波器2的频率一般设置为3kHz；
c)采用M1分束镜3将通过斩波器2的飞秒激光分为两束，一束作为A1泵浦光激发THz发射器4产生太赫兹脉冲信号，另一束作为A2探测光进入延迟模块10；
d)THz发射器4发出的太赫兹脉冲经THz分束镜12分为透射太赫兹波和反射太赫兹波，透射太赫兹波用于样品测量，反射太赫兹波用于背景测量；
e)背景测量光路和样品测量光路上的太赫兹波分别被H2抛物面镜8和H3抛物面镜13聚焦后分别入射至Q1 THz探测器11和Q2 THz探测器14，经延迟模块10后的探测光也共线进入Q1 THz探测器11和Q2 THz探测器14；
f)将Q1 THz探测器11和Q2 THz探测器14的电输出端口产生的电压信号直接连接到锁相放大器15的两个信号输入端口；
g)将斩波器2的电信号输出端连接到锁相放大器15的参考信号输入端，以将斩波器2的调制频率作为锁相放大器15的参考信号对采样信号进行解调；
h)计算机16控制延迟模块10按照设定的步进量进行移动，使探测光产生一系列递增的光程差，同时控制锁相放大器15对每次步进的Q1 THz探测器11和Q2 THz探测器14输出的电信号进行采样；
i)通过延迟模块10整个行程的步进式扫描，计算机16可以采样得到太赫兹脉冲的时域波形。
说明书附图只作为该***的原理示意图，实际产品结构和尺寸以发明者设计生产图纸为准。
上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (4)
1.一种背景和样品信号同步测量的太赫兹时域光谱***，其特征在于，包括飞秒激光器（1）、斩波器（2）、M1分束镜（3）、THz发射器（4）、H1抛物面镜（5）、N1反射镜（6）、N2反射镜（7）、H2抛物面镜（8）、M2分束镜（9）、延迟模块（10）、Q1 THz探测器（11）、THz分束镜（12）、H3抛物面镜（13）、Q2 THz探测器（14）、锁相放大器（15）和计算机（16），所述延迟模块（10）与计算机（16）之间、斩波器（2）与锁相放大器（15）之间、Q1 THz探测器（11）与锁相放大器（15）之间、Q2 THz探测器（14）与锁相放大器（15）之间、锁相放大器（15）与计算机（16）之间采用数据线连接，其余部分为光路部分，采用自由空间传输或光纤耦合传输；飞秒激光经所述M1分束镜（3）分为A1泵浦光和A2探测光，所述A2探测光穿过延迟模块（10）后经M2分束镜（9）一路传递给Q2 THz探测器（14），另一路经N1反射镜（6）和N2反射镜（7）传递给Q1探测器（11）；所述A1泵浦光进入THz发射器（4）后激发THz发射器（4）产生太赫兹波，经H1抛物面镜（5）准直后再由THz分束镜（12）进行光路分束，一路为样品测量光路经H3抛物面镜（13）进入Q2THz探测器（14），另一路为背景测量光路经H2抛物面镜（8）进入Q1 THz探测器（11）。
2.根据权利要求1所述的一种背景和样品信号同步测量的太赫兹时域光谱***，其特征在于：所述THz发射器（4）选用光电导天线，主要用于在飞秒脉冲激光激励下产生太赫兹辐射波。
3.根据权利要求1所述的一种背景和样品信号同步测量的太赫兹时域光谱***，其特征在于：所述Q1 THz探测器（11）、Q2 THz探测器（14）选择ZnTe晶体，主要用于太赫兹波探测。
4.根据权利要求1所述的一种背景和样品信号同步测量的太赫兹时域光谱***，其特征在于：所述延迟模块（10）为机械式的扫描延迟线，用于产生一系列的光程差。
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