CN219552251U - 太赫兹光纤光谱仪光学传输组件、小型检测探头及*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太赫兹光纤光谱仪光学传输组件，包括发射端、接收端和连接发射端和接收端的检测光路，检测光路包括呈一直线的输入光路和弯折的输出光路，输入光路从发射端出发，依次经过输入镜、分光器件和检测聚焦透镜到达检测面，输出光路从检测面返回，依次经过检测聚焦透镜、分光器件和输出镜，由接收端接收，输入光路和输出光路至少在分光器件和检测面之间重合；一种太赫兹光纤光谱仪小型检测探头，包括盒状的壳体、发射组件和接收组件；一种太赫兹光纤光谱仪检测***，包括可调节支撑机构和测距机构。本实用新型优化了光路，缩小了设备的体积；精简了所需的光学器件，降低成本；提高了设备整体的稳定性，减少误差。

Description

太赫兹光纤光谱仪光学传输组件、小型检测探头及***

技术领域

本实用新型涉及太赫兹光纤光谱仪领域，更具体地，涉及太赫兹光纤光谱仪光学传输组件、小型检测探头及***。

背景技术

太赫兹波是介于红外线和毫米波之间的一个特殊频段，通常频率在0.1THz到10THz(1THz＝10¹²Hz)之间。太赫兹波在电磁波谱的位置比较特殊，导致其具有许多独特的性质。大分子的振动和转动能级大多在太赫兹的波段内，且大分子，尤其是生物和化学大分子，具有表现本身物性的物质基团，因而太赫兹光纤光谱仪能通过对特征频率的分析获取样品的物质结构和物性，分析和准确鉴定样品。在太赫兹光谱仪检测***中，光纤飞秒激光器发出两束飞秒激光，一束作为泵浦光，另一束作为探测光；泵浦光经光纤传输到发射天线上，在偏置电压的作用下产生太赫兹波，太赫兹波经透射和/或反射后携带待测样品的信息被太赫兹探测器所接收，通过波谱分析技术可以得到样品的折射率、吸收系数、介电常数等物理信息。样品的检测结果的波形是利用延迟装置通过改变穿过样品的不同时刻的太赫兹脉冲电场强度的泵浦光和探测光的光程差来测量的。

传统的自由空间太赫兹光谱仪适用于实验室，具有较大的搭建空间，存在不便移动、检测成本高、操作不方便的缺点，不能满足实际生产的需求。其一般采用光学调整架进行组装，光学调整架上有弹簧，随时间的推移稳定性变差，容易导致检测结果出偏差，需要有经验的技术人员调整，造成长期的售后问题。因此，需要体积更小、便于移动、内部结构更为稳定的太赫兹光纤光谱仪检测设备。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供太赫兹光纤光谱仪光学传输组件、小型检测探头及***，用于解决现有的太赫兹光纤光谱仪体积大、不方便移动的问题。

本实用新型采取的技术方案是一种太赫兹光纤光谱仪光学传输组件，包括发射端和接收端，以及连接发射端和接收端的检测光路，发射端和接收端同侧设置，所述检测光路包括呈一直线的输入光路和弯折的输出光路，所述输入光路从发射端出发，依次经过输入镜、分光器件和检测聚焦透镜到达检测面，所述输出光路从检测面返回，依次经过检测聚焦透镜、分光器件和输出镜，由接收端接收；所述分光器件发生光束的透射和反射，所述输入光路和输出光路至少在分光器件和检测面之间重合。所述检测聚焦透镜起到聚焦太赫兹波的作用，有利于太赫兹波能量的集中，使所述检测面反射的信号增强，所述检测面为样品表面。所述检测光路进一步优化、布局合理；精简了所需的光学器件，缩短了光程，缩小了太赫兹光纤光谱仪光学传输组件所占体积。

进一步地，所述输入镜为输入聚焦透镜，所述输出镜为抛面镜。所述输入聚焦透镜起到聚焦太赫兹波的作用，从发射端发出的太赫兹波为发散光束，通过所述输入聚焦透镜的聚焦作用变为平行光束；所述抛面镜能同时起到聚焦太赫兹波并改变其方向、使输出光路弯折的作用。所用光学器件较少，减少了太赫兹波的损耗，合理优化检测光路。

进一步地，所述分光器件为分光片，所述分光片有一透射面和一反射面，所述透射面与输入聚焦透镜相对，所述反射面与抛面镜、检测聚焦透镜相对；所述输入光路从透射面穿过，所述输出光路在反射面处改变方向。所述分光片的分光比为5:5，太赫兹波在透射面分成两束，一束穿过透射面和检测聚焦透镜到达检测面，另一束反射后被损耗。通过在同一分光片发生输入光路的透射和输出光路的反射，减少了所需的光学器件，进一步压缩了检测光路，从而缩小了太赫兹光纤光谱仪光学传输组件所占体积。

进一步地，所述抛面镜与分光片的反射面位置相匹配，使得从抛面镜到接收端的部分输出光路与呈直线的输入光路并列，避免检测光路在空间中的交错，进一步缩小了太赫兹光纤光谱仪光学传输组件所占体积。

进一步地，所述输入聚焦透镜、分光片、检测聚焦透镜和抛面镜均设置在安装结构件中，所述安装结构件设置有若干个光学器件安装固定位和安装孔，主要解决各种光学元器件的装卡(夹持、固定)和调整；通过螺钉加固，可以提高整体的稳定性，减少误差。

一种太赫兹光纤光谱仪小型检测探头，包括盒状的壳体、发射组件和接收组件，还包括上述的一种太赫兹光纤光谱仪光学传输组件，所述太赫兹光纤光谱仪光学传输组件设置在壳体内，所述发射组件和接收组件设置在壳体的后端面中且分别连接发射端和接收端。整体外形较为规整，便于移动；所述发射组件和接收组件设置在壳体的后端面，便于连接外部电线和光纤，同时便于调整发射组件和接收组件。

进一步地，所述壳体设置有检测口，所述检测口设置在壳体的前端面，所述检测聚焦透镜设置在检测口中，所述检测口正对检测面。此设置将一部分重合的输入光路和输出光路置于壳体外，在尽量减少检测结果偏差的情况下缩小体积。

进一步地，所述发射组件内设置有第一光电导天线；所述接收组件内设置有第二光电导天线，所述第二光电导天线与输出光路之间设置有硅透镜。在偏置电压和飞秒激光的作用下，所述第一光电导天线产生太赫兹波。携带样品信息的太赫兹波到达第二光电导天线，通过硅透镜聚焦到第二光电导天线的芯片上，在飞秒激光的作用下，将太赫兹光谱信号转化为电流信号，经前置放大器和锁相放大器处理后，转化为太赫兹电压信号。

一种太赫兹光纤光谱仪检测***，包括上述的一种太赫兹光纤光谱仪小型检测探头，还包括可调节支撑机构和测距机构，所述太赫兹光纤光谱仪小型检测探头设置在可调节支撑机构上，所述可调节支撑机构支撑壳体且调整样品与检测口之间的距离；所述测距机构用于测量样品与检测口之间距离。所述可调节支撑机构和测距机构可以是机械臂和测距仪，所述太赫兹光纤光谱仪小型检测探头安装在机械臂上进行移动，通过测距仪准确测量太赫兹光纤光谱仪小型检测探头与样品之间的距离；也可以是支架和电动滑台，太赫兹光纤光谱仪小型检测探头安装在流水线的支架上，通过电动滑台精确调节太赫兹光纤光谱仪小型检测探头与样品之间的距离。

进一步地，所述太赫兹光纤光谱仪检测***设置有激光器、激光分束器、第一耦合器、第二耦合器和光学延迟组件；所述激光器产生飞秒激光，所述激光分束器将飞秒激光分为泵浦光和探测光，所述第一耦合器将泵浦光耦合进发射组件的第一光电导天线，所述第二耦合器将经过光学延迟组件的探测光耦合进接收组件的第二光电导天线，所述光学延迟组件用于改变探测光的光程。所述一种太赫兹光纤光谱仪小型检测探头体积小、方便移动，使用时无需移动太赫兹光纤光谱仪检测***中的其他组件，灵活便捷，实用性强，能满足实际生产需求。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：优化光路，缩短光程，缩小了太赫兹光纤光谱仪小型检测探头的体积；精简了所需的光学器件，降低成本；提高了设备整体的稳定性，减少误差；灵活便捷，实用性强，能满足实际生产需求，有利于产品的产业化应用。

附图说明

图1为本实用新型中太赫兹光纤光谱仪光学传输组件的结构示意图。

图2为本实用新型中太赫兹光纤光谱仪小型检测探头的立体结构图。

图3为本实用新型中太赫兹光纤光谱仪小型检测探头的结构分解图。

图4为本实用新型中太赫兹光纤光谱仪检测***的结构示意图。

附图标识说明：壳体010，前端面011，后端面012，输入光路021，输出光路022，发射组件030，发射端031，接收组件040，接收端041，输入聚焦透镜050，分光片060，透射面061，反射面062，检测聚焦透镜070，抛面镜080，激光器090，激光分束器100，第一耦合器110，第二耦合器120，光学延迟组件130，检测面140。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，本实施例中，一种太赫兹光纤光谱仪光学传输组件，包括发射端031和接收端041，以及连接发射端031和接收端041的检测光路，发射端031和接收端041同侧设置，检测光路包括呈一直线的输入光路021和弯折的输出光路022，输入光路021从发射端031出发，依次经过输入镜、分光器件和检测聚焦透镜070到达检测面140，输出光路022从检测面140返回，依次经过检测聚焦透镜070、分光器件和输出镜，由接收端041接收；分光器件发生光束的透射和反射，输入光路021和输出光路022至少在分光器件和检测面140之间重合。检测聚焦透镜070起到聚焦太赫兹波的作用，有利于太赫兹波能量的集中，使检测面140反射的信号增强，检测面140为样品表面。检测光路进一步优化、布局合理；精简了所需的光学器件，缩短了光程，缩小了太赫兹光纤光谱仪光学传输组件所占体积。

如图3所示，本实施例中，输入镜为输入聚焦透镜050，输出镜为抛面镜080。输入聚焦透镜050起到聚焦太赫兹波的作用，从发射端031发出的太赫兹波为发散光束，通过输入聚焦透镜050的聚焦作用变为平行光束；抛面镜080能同时起到聚焦太赫兹波并改变其方向、使输出光路022弯折的作用。所用光学器件较少，减少了太赫兹波的损耗，合理优化检测光路。

如图3所示，本实施例中，分光器件为分光片060，分光片060有一透射面061和一反射面062，透射面061与输入聚焦透镜050相对，反射面062与抛面镜080、检测聚焦透镜070相对；输入光路021从透射面061穿过，输出光路022在反射面062处改变方向。分光片060的分光比为5:5，太赫兹波在透射面061分成两束，一束穿过透射面061和检测聚焦透镜070到达检测面140，另一束反射后被损耗。通过在同一分光片060发生输入光路021的透射和输出光路022的反射，减少了所需的光学器件，进一步压缩了检测光路，从而缩小了太赫兹光纤光谱仪光学传输组件所占体积。

如图1所示，本实施例中，抛面镜080与分光片060的反射面062位置相匹配，使得从抛面镜080到接收端041的部分输出光路022与呈直线的输入光路021并列，避免检测光路在空间中的交错，进一步缩小了太赫兹光纤光谱仪光学传输组件所占体积。

如图3所示，本实施例中，输入聚焦透镜050、分光片060、检测聚焦透镜070和抛面镜080均设置在安装结构件中，安装结构件设置有若干个光学器件安装固定位和安装孔，主要解决各种光学元器件的装卡(夹持、固定)和调整；通过螺钉加固，可以提高整体的稳定性，减少误差。

如图3所示，本实施例中，一种太赫兹光纤光谱仪小型检测探头，包括盒状的壳体010、发射组件030和接收组件040，还包括上述的一种太赫兹光纤光谱仪光学传输组件，太赫兹光纤光谱仪光学传输组件设置在壳体010内，发射组件030和接收组件040设置在壳体010的后端面012中且分别连接发射端031和接收端041。整体外形较为规整，便于移动；发射组件030和接收组件040设置在壳体010的后端面012，便于连接外部电线和光纤，同时便于调整发射组件030和接收组件040。

如图3所示，本实施例中，壳体010设置有检测口，检测口设置在壳体010的前端面011，检测聚焦透镜070设置在检测口中，检测口正对检测面140。此设置将一部分重合的输入光路021和输出光路022置于壳体010外，在尽量减少检测结果偏差的情况下缩小体积。

本实施例中，发射组件030内设置有第一光电导天线(图未示)；接收组件040内设置有第二光电导天线(图未示)，第二光电导天线与输出光路022之间设置有硅透镜(图未示)。在偏置电压和飞秒激光的作用下，第一光电导天线产生太赫兹波。携带样品信息的太赫兹波到达第二光电导天线，通过硅透镜聚焦到第二光电导天线的芯片上，在飞秒激光的作用下，将太赫兹光谱信号转化为电流信号，经前置放大器和锁相放大器处理后，转化为太赫兹电压信号。

本实施例中，一种太赫兹光纤光谱仪检测***，包括上述的一种太赫兹光纤光谱仪小型检测探头，还包括可调节支撑机构(图未示)和测距机构(图未示)，太赫兹光纤光谱仪小型检测探头设置在可调节支撑机构上，可调节支撑机构支撑壳体010且调整样品与检测口之间的距离；测距机构用于测量样品与检测口之间距离。可调节支撑机构和测距机构可以是机械臂和测距仪，太赫兹光纤光谱仪小型检测探头安装在机械臂上进行移动，通过测距仪准确测量太赫兹光纤光谱仪小型检测探头与样品之间的距离；也可以是支架和电动滑台，太赫兹光纤光谱仪小型检测探头安装在流水线的支架上，通过电动滑台精确调节太赫兹光纤光谱仪小型检测探头与样品之间的距离。

如图4所示，本实施例中，太赫兹光纤光谱仪检测***设置有激光器090、激光分束器100、第一耦合器110、第二耦合器120和光学延迟组件130；激光器090产生飞秒激光，激光分束器100将飞秒激光分为泵浦光和探测光，第一耦合器110将泵浦光耦合进发射组件030的第一光电导天线，第二耦合器120将经过光学延迟组件130的探测光耦合进接收组件040的第二光电导天线，光学延迟组件130用于改变探测光的光程。一种太赫兹光纤光谱仪小型检测探头体积小、方便移动，使用时无需移动太赫兹光纤光谱仪检测***中的其他组件，灵活便捷，实用性强，能满足实际生产需求。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太赫兹光纤光谱仪光学传输组件，包括发射端和接收端，以及连接发射端和接收端的检测光路，其特征在于，发射端和接收端同侧设置，所述检测光路包括呈一直线的输入光路和弯折的输出光路，所述输入光路从发射端出发，依次经过输入镜、分光器件和检测聚焦透镜到达检测面，所述输出光路从检测面返回，依次经过检测聚焦透镜、分光器件和输出镜，由接收端接收；所述分光器件发生光束的透射和反射，所述输入光路和输出光路至少在分光器件和检测面之间重合。

2.根据权利要求1所述的一种太赫兹光纤光谱仪光学传输组件，其特征在于，所述输入镜为输入聚焦透镜，所述输出镜为抛面镜。

3.根据权利要求2所述的一种太赫兹光纤光谱仪光学传输组件，其特征在于，所述分光器件为分光片，所述分光片有一透射面和一反射面，所述透射面与输入聚焦透镜相对，所述反射面与抛面镜、检测聚焦透镜相对；所述输入光路从透射面穿过，所述输出光路在反射面处改变方向。

4.根据权利要求3所述的一种太赫兹光纤光谱仪光学传输组件，其特征在于，所述抛面镜与分光片的反射面位置相匹配，使得从抛面镜到接收端的部分输出光路与呈直线的输入光路并列。

5.根据权利要求3所述的一种太赫兹光纤光谱仪光学传输组件，其特征在于，所述输入聚焦透镜、分光片、检测聚焦透镜和抛面镜均设置在安装结构件中，所述安装结构件设置有若干个光学器件安装固定位和安装孔。

6.一种太赫兹光纤光谱仪小型检测探头，包括盒状的壳体、发射组件和接收组件，其特征在于，还包括权利要求1-5任一项所述的一种太赫兹光纤光谱仪光学传输组件，所述太赫兹光纤光谱仪光学传输组件设置在壳体内，所述发射组件和接收组件设置在壳体的后端面中且分别连接发射端和接收端。

7.根据权利要求6所述的一种太赫兹光纤光谱仪小型检测探头，其特征在于，所述壳体设置有检测口，所述检测口设置在壳体的前端面，所述检测聚焦透镜设置在检测口中，所述检测口正对检测面。

8.根据权利要求6所述的一种太赫兹光纤光谱仪小型检测探头，其特征在于，所述发射组件内设置有第一光电导天线；所述接收组件内设置有第二光电导天线，所述第二光电导天线与输出光路之间设置有硅透镜。

9.一种太赫兹光纤光谱仪检测***，其特征在于，包括权利要求7或8所述的一种太赫兹光纤光谱仪小型检测探头，还包括可调节支撑机构和测距机构，所述太赫兹光纤光谱仪小型检测探头设置在可调节支撑机构上，所述可调节支撑机构支撑壳体且调整样品与检测口之间的距离；所述测距机构用于测量样品与检测口之间距离。

10.根据权利要求9所述的一种太赫兹光纤光谱仪检测***，其特征在于，包括有激光器、激光分束器、第一耦合器、第二耦合器和光学延迟组件；所述激光器产生飞秒激光，所述激光分束器将飞秒激光分为泵浦光和探测光，所述第一耦合器将泵浦光耦合进发射组件的第一光电导天线，所述第二耦合器将经过光学延迟组件的探测光耦合进接收组件的第二光电导天线，所述光学延迟组件用于改变探测光的光程。