[发明专利]一种全光纤太赫兹准时域实时光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹光谱测试的技术领域，尤其涉及太赫兹时域光谱领域和便携、低成本、实时的全光纤太赫兹准时域实时光谱仪。

背景技术

波长在3mm到30um之间，频谱范围在100GHz到10THz，微波和红外之间的电磁波波段称为太赫兹波段。太赫兹光谱仪检测的光谱信息能同时获得物质的光学幅值和相位信息，已广泛应用于安全检查、无损检测、生物医学、化学分析、通信与国防等领域，尤其在爆炸物、违禁药品、武器等识别、无损检测，细胞分子等细分领域有广泛应用前景。传统的太赫兹光谱仪以自由空间传播时域和连续波外差探测构成，其中应用最为广泛的是太赫兹时域光谱技术，该相干技术通过测量样品的太赫兹脉冲时域波形，同时获得太赫兹脉冲的振幅和相位信息，快速傅里叶变换后可获得样品的光谱信息、吸收系数、折射率等参数。时域系统采用飞秒激光，由此产生宽带太赫兹谱，优点是只受系统带宽限制，单次测量即含有完整的太赫兹频率窗口信息。但这种传统的自由空间传播太赫兹时域系统通常在实验室使用，体积庞大、结构复杂、成本昂贵，缺乏灵活移动性，激光源、镜子和太赫兹发射接收器件等都需固定在工作台上，且在自由空间传播不能移动，易于受到环境扰动，限制了其实际应用。尤其是关键设备，飞秒激光，价格非常昂贵，工业界难以推广。于是另一种常见的与之补充的光谱仪为连续波外差太赫兹光谱系统，它更为实用，波长稍有不同的两个单模连续波激光束入射到光电导天线中，产生连续波太赫兹辐射。但是这种系统只探测一个单一频率成分，所获得信息收到严重限制。而且为了确保准确的相位信息，一套负责精确的激光频率稳定系统必不可少，这加大了系统的复杂度。因此开展抗扰动非自由空间传播，能够快速实时探测，集成时域和频域系统优点的全光纤便携太赫兹光谱系统(THz-TDS)成了迫在眉睫的工作。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种全光纤太赫兹准时域实时光谱仪，该光谱仪具时域与频域光谱特点，宽谱及高信噪比，可广泛应用于工业领域的太赫兹光谱测试。

为达到上述目的，本发明的目的是通过以下技术方案实现：一种全光纤太赫兹准时域实时光谱仪，包括多模激光系统、多模激光光纤传输系统、太赫兹发射模块与太赫兹接收模块，所述多模激光系统输出围绕一中心频率的多模激光，相邻纵模频率差为定值等间距；该多模激光经多模激光光纤传输系统分成两路光信号，其中一路光信号输入到光电导发射天线中，另一路光信号输入到光电导接收天线中。

进一步，所述多模激光光纤传输系统包括分束器、第一光纤延展器和第二光纤延展器，所述分束器将多模激光分成两路光信号，其中一路光信号经第一光纤延展器输入到太赫兹发射模块中，另一路光信号经第二光纤延展器输入到太赫兹接收模块中。

进一步，施加于第一光纤延展器两端的电压与施加于第二光纤延展器两端的电压相反。

进一步，所述第一光纤延展器或/和第二光纤延展器包括压电陶瓷线圈，所述压电陶瓷线圈上缠绕光纤，压电陶瓷线圈上施加电压。

进一步，所述第一光纤延展器与太赫兹发射模块间采用多模透镜光纤连接。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益技术效果：

本发明所述的全光纤准太赫兹时域实时光谱系统，替代飞秒激光，采用低成本的商用多模激光器件，更适于太赫兹在工业和反恐等领域的实际应用。此系统基于可移动、紧凑和价格低廉的商用多模激光器件；使用等频距的多模纵模激光驱动传统的光电导混频系统，获得的信号类似于传统的时域信号，这种准时域系统集成了飞秒激光的宽频特性，又极大降低了系统价格和体积。此系统由商业价格低廉的多模激光系统激励，全光纤传播，快速时间延迟调制，具有可移动、低成本、便携式、不损伤眼睛，实时等特点，可广泛应用于工业领域，研究将对未来太赫兹技术应用及产品研发产生重要意义。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明全光纤准时域实时太赫兹光谱仪系统示意图；

图2为本发明光谱仪采用的多模激光器的具体实施例傅里叶频谱图；

图3为本发明光谱仪中光电导天线具体实施器件例图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。