[发明专利]一种提高太赫兹时域光谱系统频谱分辨率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，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。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

太赫兹时域光谱(Terahertz time domain spectroscopy,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。

发明内容

本发明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。

本发明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。