[发明专利]基于单元胞立体相位光栅和互参考技术的THz光谱仪

权利要求书

1.一种基于单元胞立体相位光栅和互参考技术的THz光谱仪，它包括依据光路传输依次排列的太赫兹光源(1)，前置会聚透镜(2)、前置视场光阑(3)、准直镜(4)、单元胞立体相位光栅(5)、后置会聚透镜(6)、后置孔径光阑(7)、样品室(8)、左线阵探测器(10)、空室(9)、右线阵探测器(11)，左线阵探测器(10)和右线阵探测器(11)还依次连接有左线阵探测器控制处理系统(12)、右线阵探测器控制处理系统(13)和控制采集处理计算机(14)，其特征在于：

所述的THz光谱仪依据光路传输依次排列有太赫兹光源(1)，前置会聚透镜(2)、前置视场光阑(3)、准直镜(4)、单元胞立体相位光栅(5)、后置会聚透镜(6)、后置孔径光阑(7)、样品室(8)、左线阵探测器(10)、空室(9)、右线阵探测器(11)，左线阵探测器(10)连接有左线阵探测器控制处理系统(12)，右线阵探测器(11)连接有右线阵探测器控制处理系统(13)；左线阵探测器控制处理系统(12)、和右线阵探测器控制处理系统(13)与控制采集处理计算机(14)相连；

所述的THz光谱仪可选择透射或反射模式工作，在透射模式下，旋转电机(15)位于初始位置，样品室(8)前表面与后置会聚透镜(6)光轴相垂直，左线阵探测器(10)在导轨(16)的初始位置与后置会聚透镜(6)后焦面相重合；在透射模式下，太赫兹光源(1)辐射的平行太赫兹波经前置会聚透镜(2)收集，经前置视场光阑(3)的空间滤波被前置准直镜(4)准直，平行入射单元胞立体相位光栅(5)发生衍射，衍射光经过后置会聚透镜(6)后被后置孔径光阑(7)滤去除±1级衍射光外的杂散光，±1级衍射光分别经过样品室(8)透射和空室(9)衰减后分别由左线阵探测器(10)和右线阵探测器(11)探测，最后经左线阵探测器控制处理系统(12)、右线阵探测器控制处理系统(13)和控制采集处理计算机(14)归一化处理与互参考处理的得到样品的透射谱；

在反射模式下，旋转电机(15)通过旋转调整样品室(8)角度以调整反射谱位置，左线阵探测器(10)在导轨(16)上调整位置直至左线阵探测器(10)与后置会聚透镜(6)由样品室(8)前表面所成的后焦面像面位置重合；在反射模式下，±1级衍射光分别经过样品室(8)反射和空室(9)衰减后分别由左线阵探测器(10)和右线阵探测器(11)探测，最后经左线阵探测器控制处理系统(12)、右线阵探测器控制处理系统(13)和控制采集处理计算机(14)归一化处理与互参考处理得到样品的反射谱。

2.根据权利1所述的基于单元胞立体相位光栅和互参考技术的THz光谱仪，其特征在于，所述单元胞立体相位光栅(5)通过凹槽深度h调制±1级衍射光干涉加强，该凹槽深度h与光源的中心频率υ₀，入射角α满足关系式：

即所述单元胞立体相位光栅(5)的槽深h，由光源的中心频率v₀光线入射角α共同决定，满足：

其中，c为光速，d为光栅常数，α为平行太赫兹波入射单元胞立体相位光栅(5)的入射角，h_primary为使得中心频率v₀的±1级衍射光调制效果相同的槽深数组，h为槽深数组中使得调制加强效果最好的槽深数据。

3.根据权利1所述的基于单元胞立体相位光栅和互参考技术的THz光谱仪，其特征在于，后置孔径光阑(7)任一侧通光孔位置的开孔最高点e_max、最低点e_min和离后置会聚透镜(6)的距离R分别需满足下列关系：

其中，θ为+1级衍射光与0级衍射光夹角，θ_max为该夹角的最大值，θ_min为该夹角的最小值，υ_max为入射太赫兹波的最大频率，υ_min为入射太赫兹波的最小频率，d为光栅常数，α为平行太赫兹波入射单元胞立体相位光栅(5)的入射角，β为立体相位光栅(5)与后置会聚透镜(6)的夹角，D为光束照射到立体相位光栅(5)上的口径，s为立体相位光栅(5)到后置会聚透镜(6)的距离，f为后置会聚透镜(6)的焦距。

4.根据权利1所述的基于单元胞立体相位光栅和互参考技术的THz光谱仪，其特征在于，所述的控制采集处理计算机(14)归一化处理的方法如下：所述归一化处理即对对应频率能量数据乘上归一化系数，该归一化系数与入射角α和该能量数据对应的频率υ相关：

式中，+1对应+1级衍射光，-1对应-1级衍射光，α为平行太赫兹波入射单元胞立体相位光栅(5)的入射角，υ为该能量数据对应的频率，h为单元胞立体相位光栅(5)的槽深。