[发明专利]一种太赫兹时域光谱系统及操作方法

权利要求书

1.一种太赫兹时域光谱系统，其特征在于，包括飞秒激光器（1）、斩波器（2）、M1分束镜（3）、THz发射器（4）、H1抛物面镜（5）、N1反射镜（6）、N2反射镜（7）、H2抛物面镜（8）、M2分束镜（9）、延迟模块（10）、Q1 THz探测器（11）、THz分束镜（12）、H3抛物面镜（13）、Q2 THz探测器（14）、锁相放大器（15）和计算机（16），所述延迟模块（10）与计算机（16）之间、斩波器（2）与锁相放大器（15）之间、Q1 THz探测器（11）与锁相放大器（15）之间、Q2 THz探测器（14）与锁相放大器（15）之间、锁相放大器（15）与计算机（16）之间采用数据线连接，其余部分为光路部分，采用自由空间传输或光纤耦合传输；飞秒激光经所述M1分束镜（3）分为A1泵浦光和A2探测光，所述A2探测光穿过延迟模块（10）后经M2分束镜（9）一路传递给Q2 THz探测器（14），另一路经N1反射镜（6）和N2反射镜（7）传递给Q1探测器（11）；所述A1泵浦光进入THz发射器（4）后激发THz发射器（4）产生太赫兹波，太赫兹波经H1抛物面镜（5）准直后再由THz分束镜（12）进行光路分束，一路为样品测量光路经H3抛物面镜（13）进入Q2THz探测器（14），另一路为背景测量光路经H2抛物面镜（8）进入Q1 THz探测器（11）。

2.根据权利要求1所述的一种太赫兹时域光谱系统，其特征在于：所述THz发射器（4）选用光电导天线，主要用于在飞秒脉冲激光激励下产生太赫兹辐射波。

3.根据权利要求1所述的一种太赫兹时域光谱系统，其特征在于：所述Q1 THz探测器（11）、Q2 THz探测器（14）选择ZnTe晶体，主要用于太赫兹波探测。

4.根据权利要求1所述的一种太赫兹时域光谱系统，其特征在于：所述延迟模块（10）为机械式扫描延迟线，用于产生一系列的光程差。

5.根据权利要求1所述的一种太赫兹时域光谱系统的操作方法，其特征在于：

a)采用功率计对飞秒激光器（1）的输出功率进行监测，根据THz发射器（4）的要求将飞秒激光器（1）的输出功率调节至合适位置；

b)将飞秒激光器（1）输出的飞秒激光通过斩波器（2），斩波器（2）的频率一般设置为3kHz；

c)采用M1分束镜（3）将通过斩波器（2）的飞秒激光分为两束，一束作为A1泵浦光激发THz发射器（4）产生太赫兹脉冲信号，另一束作为A2探测光进入延迟模块（10）；

d)THz发射器（4）发出的太赫兹脉冲经THz分束镜（12）分为透射太赫兹波和反射太赫兹波，透射太赫兹波用于样品测量，反射太赫兹波用于背景测量；

e)背景测量光路和样品测量光路上的太赫兹波分别被H2抛物面镜（8）和H3抛物面镜（13）聚焦后分别入射至Q1 THz探测器（11）和Q2 THz探测器（14），经延迟模块（10）后的探测光也共线进入Q1 THz探测器（11）和Q2 THz探测器（14）；

f)将Q1 THz探测器（11）和Q2 THz探测器（14）的电输出端口产生的电压信号直接连接到锁相放大器（15）的两个信号输入端口；

g)将斩波器（2）的电信号输出端连接到锁相放大器（15）的参考信号输入端，以将斩波器（2）的调制频率作为锁相放大器（15）的参考信号对采样信号进行解调；

h)计算机（16）控制延迟模块（10）按照设定的步进量进行移动，使探测光产生一系列递增的光程差，同时控制锁相放大器（15）对每次步进的Q1 THz探测器（11）和Q2 THz探测器（14）输出的电信号进行采样；

i)通过延迟模块（10）整个行程的步进式扫描，计算机（16）可以采样得到太赫兹脉冲的时域波形。