一种提高太赫兹时域光谱系统频谱分辨率的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种提高太赫兹时域光谱系统频谱分辨率的方法，包括：将太赫兹时域光谱系统中的电光晶体设计为楔形，电光晶体的前表面与探测激光的光轴垂直、后表面与探测激光的光轴形成夹角；使用吸波体遮挡住在电光晶体内震荡后出射的探测激光。本发明专利技术通过设计电光晶体的切割角度能够改变激光在晶体后表面的传播方向，避免了在晶体内多次震荡的探测激光与太赫兹波发生多次重复相互作用后进入探测器，能够从系统回波产生的根源处着手消除回波，增加有效的太赫兹波测量数据，提高太赫兹时域光谱系统的频谱分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种提高太赫兹时域光谱系统频谱分辨率的方法
本专利技术涉及太赫兹
，特别涉及一种提高太赫兹时域光谱系统频谱分辨率的方法。
技术介绍
以下对本专利技术的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本专利技术的现有技术。太赫兹时域光谱(Terahertztimedomainspectroscopy,THz-TDS)技术是太赫兹技术的典型代表，是一种新兴的、非常有效的相干探测技术。由于许多大分子物质的转动、振动能级都在太赫兹频段，因此太赫兹时域光谱技术可用于一些违禁药品的鉴定；另一方面，利用太赫兹时域光谱技术可获得材料在太赫频段的透射率、反射率，可间接计算出材料在太赫兹频段折射率、消光系数、介电常数等，为在太赫兹频段材料特性研究提供了测量手段。THz-TDS技术作为一种较为的太赫兹测试技术，由于其独有的优点，使其在近十年间得到了快速的发展及广泛的应用。但是目前THz-TDS技术的光谱分辨率与窄波段技术相比还很粗糙，其测量的频谱范围也比傅立叶变换光谱(FTS)技术小。提高光谱分辨率和扩大测量频谱范围将是未来THz-TDS技术发展的主要方向。太赫兹时域光谱系统中利用电光晶体的电光效应探测太赫兹波能够获得较宽的频谱和较高的动态范围，是其它探测方法(如光电导取样)所无法比拟的，因此该被方法广泛应用于太赫兹时域光谱系统中，被认为是一种理想的太赫兹波探测手段，其探测原理如图1所示，当仅有线偏振的探测激光经过电光晶体后，线偏振的探测激光的偏振方向并不改变，调节1/4波片可使出射激光为圆偏振，经过沃拉斯顿棱镜，探测激光分为两束正交偏振且等光强的激光，进入双眼探头，双眼探头将光信号转化为电信号作差后,其差分信号为零。当有太赫兹波和线性偏振的探测激光脉冲同时经过电光晶体后，太赫兹电场将调制电光晶体，发生普克尔效应，使原本线性偏振的探测激光经过电光晶体后的偏振方向发生偏转，再经过1/4波片后，以椭圆偏振出射，此时探测激光再经过沃拉斯顿棱镜时将被分成两束正交偏振但光强不等的两束激光，入射到双眼探头，将光信号转化为电信号并作差，其差分信号正比于太赫兹波的电场强度，从而实现太赫兹波电场的探测。尽管电光取样探测太赫兹波有着很多优势，但也有一个缺点一直阻碍着电光取样技术的应用，即探测激光进入晶体后会有一部分探测光会在电光晶体的前后表面发生多次反射、震荡，并与太赫兹波发生多次相互作用，从而形成了太赫兹回波，这些回波并不是太赫兹波的真实反映，是由于探测激光在器件内部反射后与太赫兹波再次作用造成的，因此在使用太赫兹光谱系统测量样品时，只能保留回波之前的数据，这将严重影响可用太赫兹波的时域长度，从而影响太赫兹的频谱分辨率。
技术实现思路
本专利技术的目的是消除太赫兹时域光谱系统的系统回波，增加有效的太赫兹时域波形数据长度，提高太赫兹时域光谱系统的频谱分辨率。本专利技术中的提高太赫兹时域光谱系统频谱分辨率的方法，包括：将太赫兹时域光谱系统中的电光晶体设计为楔形，电光晶体的前表面与探测激光的光轴垂直、后表面与探测激光的光轴形成夹角；使用吸波体遮挡住在所述电光晶体内震荡后出射的探测激光；其中，太赫兹时域光谱系统包括：开孔的离轴抛物面镜，用于太赫兹波的聚焦；长焦激光透镜，用于探测激光的聚焦；电光晶体和光电自平衡探测器，用于太赫兹波的探测；吸光体，用于遮挡和吸收在电光晶体内多次震荡的探测激光。优选地，探测激光的焦点与太赫兹波的焦点重合，并位于电光晶体的后表面。优选地，电光晶体的后表面为圆锥面，圆锥面的顶点位于探测激光的光轴上、且朝向电光晶体的前表面。优选地，电光晶体的后表面为二维平面。优选地，电光晶体的切割角满足如下关系：式中，θ为电光晶体的切割角，即圆锥面的母线与电光晶体前表面之间的夹角、或者二维平面与电光晶体前表面之间的夹角，单位为°；X为最小分开距离，L为探测激光在电光晶体内传输一次的距离，单位为mm。优选地，X≥h；式中，h为聚焦后的光斑尺寸，单位为mm。优选地，吸光体设置在电光晶体的后表面上、或者设置在电光晶体后表面的后侧。优选地，吸光体贴附在电光晶体的后表面上，吸光体的中心设置有通孔用于透射从电光晶体出射、且未在电光晶体内震荡的探测激光。本专利技术将太赫兹时域光谱系统中的电光晶体设计为为楔形，电光晶体的前表面与探测激光的光轴垂直、后表面与探测激光的光轴形成夹角。通过设计电光晶体的切割角度能够改变激光在晶体后表面的传播方向，避免了在晶体内多次震荡的探测激光与太赫兹波发生多次重复相互作用后进入探测器，消除回波，增加有效的太赫兹波测量数据，提高太赫兹时域光谱系统的频谱分辨率。附图说明通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本专利技术的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：图1是示出现有技术中太赫兹时域光谱系统中探测部分的原理示意图；图2是示出本专利技术提高太赫兹时域光谱系统频谱分辨率的方法的原理示意图；图3是示出本专利技术电光晶体的结构示意图；图4是示出本专利技术一种提高太赫兹时域光谱系统频谱分辨率的方法所涉及到的探测装置结构示意图；图中，10、长焦激光透镜；11探测激光；12太赫兹波；13’、现有技术中的电光晶体；13、本专利技术中的电光晶体；14、吸光体；15光电自平衡探测器；17、开孔的离轴抛物面镜。具体实施方式下面参照附图对本专利技术的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本专利技术及其应用或用法的限制。图1示出了现有技术中太赫兹时域光谱系统的原理。太赫兹波12经开孔离轴抛物面镜17聚焦后照射到现有技术中的电光晶体13’的前表面，探测激光11经长焦激光透镜10聚焦后照射到现有技术中的电光晶体13’的前表面，从现有技术中的电光晶体13’后表面出射的探测激光进入光电自平衡探测器15。从图1中可以看出，探测激光经过电光晶体时，会在电光晶体前后表面多次反射，太赫兹波与在晶体内多次震荡的探测激光发生相互作用，在探测到的太赫兹时域波形上将呈现出多个太赫兹脉冲波形，其中只有主峰(即时域波形上第一个出现的太赫兹波)为太赫兹脉冲波形的真实反映，其余均为回波。这些回波将严重影响可用太赫兹波的时域长度，从而影响太赫兹的频谱分辨率。为了解决这个问题，本专利技术提出了一种提高太赫兹时域光谱系统频谱分辨率的方法，包括：将太赫兹时域光谱系统中的电光晶体设计为楔形，电光晶体的前表面与探测激光的光轴垂直、后表面与探测激光的光轴形成夹角；使用吸波体遮挡住在电光晶体内震荡后出射的探测激光。图4示出本专利技术提高太赫兹时域光谱系统频谱分辨率的方法所涉及到的探测装置结构示意图，其中开孔离轴抛物面镜17用于太赫兹波的聚焦；长焦激光透镜10用于探测激光的聚焦；电光晶体13和光电自平衡探测器15，用于太赫兹波的探测；吸光体14用于遮挡和吸收在电光晶体内多次震荡的探测激光。太赫兹波12经开孔离轴抛物面镜17聚焦后照射到电光晶体13的前表面，探测激光11经长焦激光透镜10聚焦后照射到电光晶体13前表面；从电光晶体13后表面出射的探测激光进入光电自平衡探测器15。本专利技术的电光晶体13为楔形，其前表面与探测激光的光轴垂直、后表面与探测激光的光轴形成夹角。从图2和图3可以看出，一部分探测激光直接穿透电光晶体13与太赫兹波发生一次作用；还有一部分探测激光11进入电光晶体13后，被电光晶体13反射到前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高太赫兹时域光谱系统频谱分辨率的方法，其特征在于包括：将太赫兹时域光谱系统中的电光晶体设计为楔形，所述电光晶体的前表面与探测激光的光轴垂直、后表面与探测激光的光轴形成夹角；使用吸波体遮挡住在所述电光晶体内震荡后出射的探测激光；其中，所述太赫兹时域光谱系统包括：开孔离轴抛物面镜，用于太赫兹波的聚焦；长焦激光透镜，用于探测激光的聚焦；电光晶体和光电自平衡探测器，用于太赫兹波的探测；吸光体，用于遮挡和吸收在电光晶体内震荡后出射的探测激光。

【技术特征摘要】
1.一种提高太赫兹时域光谱系统频谱分辨率的方法，其特征在于包括：将太赫兹时域光谱系统中的电光晶体设计为楔形，所述电光晶体的前表面与探测激光的光轴垂直、后表面与探测激光的光轴形成夹角；使用吸波体遮挡住在所述电光晶体内震荡后出射的探测激光；其中，所述太赫兹时域光谱系统包括：开孔离轴抛物面镜，用于太赫兹波的聚焦；长焦激光透镜，用于探测激光的聚焦；电光晶体和光电自平衡探测器，用于太赫兹波的探测；吸光体，用于遮挡和吸收在电光晶体内震荡后出射的探测激光。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，探测激光的焦点与太赫兹波的焦点重合，并位于所述电光晶体的后表面。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电光晶体的后表面为圆锥面，所述圆锥面的顶点位于所述探测激光的光轴上、且朝向所述电光晶体的前表面。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电光晶体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡禾，孙金海，张少华，张旭涛，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11