[发明专利]消除位相误差的反射式太赫兹光谱分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及反射式太赫兹光谱分析方法，具体地说本发明涉及对弱极性有机化合物材料进行反射式太赫兹光谱测量后，不需要人为干涉即可消除反射式光谱测量装置中的位相误差以及水蒸气吸收影响的太赫兹光谱分析方法。

背景技术

反射式太赫兹时域光谱技术(THz-RTDS)一直以来都被认为是更接近于实际应用的探测目标物体特性的方法。反射式测量可以提供样品表面和内部的距离信息，因此可以对物体的三维图像进行重构；更有利于探测对太赫兹辐射不透明的大而厚的物体；并且是一种可以检验和识别埋在不可穿透材料中的目标物的方法，例如检查恐怖分子身上携带的炸药，航空隔热材料中的缺陷等等。

在反射式太赫兹时域光谱技术对材料信息提取中，根据菲涅尔公式，通常需要分别测量样品信号和参考信号，并计算二者精确的位相和振幅来求解样品消光系数。但是，材料吸收引起的信号的位相变化的推导一直以来都存在一个难题，那就是所谓的“misplacement phase error”，即提取参考信号的反射界面和提取样品信号的反射界面不完全重合，两反射界面之间的距离差造成的位相误差非常难以修正。

为了解决这个难题，各种报道记载了多种方法，包括精确的调节实验系统、数字修正计算法以及利用K-K变换关系(Kramers-Kronig transform)直接由振幅反射率计算位相差等。但是这些方法不是需要人为干预就是需要很大的计算量，处理起来十分复杂。并且都是在没有水蒸气吸收的理想条件下的近似计算，并不适用于具有大气衰减的实验系统的测量计算。

发明内容

本发明提供一种消除位相误差的反射式太赫兹光谱分析方法，对参考信号和待测样品的位相谱进行分析处理，提取出待测样品在太赫兹波段的特征吸收谱，从而解决了传统的反射式太赫兹光谱分析方法需要人为消除位相误差，且不适用于具有大气衰减的实验系统的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种消除位相误差的反射式太赫兹光谱分析方法，包括如下步骤：(1)测量没有放置样品时参考信号的太赫兹时域波形；(2)测量载有待测样品信息的太赫兹时域波形；(3)由太赫兹时域波形分别得到参考信号以及待测样品在系统有效频率范围内的位相谱ω为相应的角频率；(4)将被测样品的位相谱减去参考信号的位相谱得到位相差谱(5)由得到的位相差谱对相应的角频率求二阶导数计算提取待测样品在太赫兹波段的特征吸收谱。

其中，步骤(3)中太赫兹时域波形通过傅立叶变换得到参考信号以及待测样品在该系统的有效频率范围内的位相谱。

其中，步骤(1)和(2)中测量的太赫兹时域波形为一维测量中的太赫兹时域波形。

其中，步骤(1)和(2)中测量的太赫兹时域波形为二维测量中的太赫兹时域波形。

其中，所述待测样品为弱极性的有机化合物材料。

利用本发明的消除位相误差的反射式太赫兹光谱分析方法，能够有效消除参考信号造成的位相误差，本发明的计算过程与传统的方法相比更加简便，且可以克服水蒸气吸收，适用于具有大气衰减的实验系统的测量计算，达到了有益的技术效果。

附图说明

图1为消除位相误差的反射式太赫兹光谱分析装置的示意图；

图2为传统处理方法及本发明的方法对茶碱的特征吸收谱的提取结果。其中：曲线1是利用传统的处理方法，通过人为消除位相误差计算得到茶碱的太赫兹特征吸收谱；曲线2是通过本发明计算得到荼碱的太赫兹特征吸收谱。

图3为本发明的方法对爆炸物--黑索金(RDX)的处理结果。其中，曲线1是湿度为0时，通过被测样品与参考信号的位相差谱对相应的角频率求二阶导数，即计算得到爆炸物黑索金(RDX)的特征吸收谱。曲线2是湿度为17％时由计算得到爆炸物黑索金(RDX)的特征吸收谱；曲线3是湿度为64％时由计算得到爆炸物黑索金(RDX)的特征吸收谱。

图4为传统处理方法及本发明的方法对爆炸物2，4-DNT的特征吸收谱的提取结果。其中：曲线1是利用传统的处理方法，通过人为消除位相误差计算得到爆炸物2，4-DNT的特征吸收谱；曲线2是通过本发明计算得到爆炸物2，4-DNT的特征吸收谱。

附图标记说明

M1-M6：反射镜；PM1-PM4：抛面镜；1：分束镜；2：斩波器；3：太赫兹发射极；4：样品架；5：偏振片；6：导电玻璃ITO；7：探测晶体；8：四分之一波片；9：沃拉斯顿棱镜；10：差分探头；I-泵浦光；II-探测光。

具体实施方式

为了使本发明的形状、构造以及特点能够更好地被理解，以下将列举较佳实施例并结合附图进行详细说明。