[发明专利]一种太赫兹时域光谱系统及操作方法

说明书

本发明公开一种太赫兹时域光谱系统，包括飞秒激光器、斩波器、M1分束镜、THz发射器、H1抛物面镜、N1反射镜、N2反射镜、H2抛物面镜、M2分束镜、延迟模块、Q1 THz探测器、THz分束镜、H3抛物面镜、Q2 THz探测器、锁相放大器和计算机，延迟模块与计算机之间、斩波器与锁相放大器之间、Q1 THz探测器与锁相放大器之间、Q2 THz探测器与锁相放大器之间、锁相放大器与计算机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。通过设计同步测量背景信号和样品信号的光路，使得太赫兹背景信号能够真实反映样品测试过程中的背景波动情况，消除测量过程中背景信号波动对测量结果的影响。

技术领域

本发明属于太赫兹技术领域，涉及太赫兹时域光谱测试技术，尤其是一种太赫兹时域光谱系统及操作方法，适用于太赫兹时域光谱的背景和样品信号同步测量。

背景技术

太赫兹波是指频率介于（0.1~10）THz之间的电磁波，介于远红外和毫米波之间。太赫兹波具有良好的介质穿透性、低电离能和相干性等优异特性，因此在材料科学、信息科学、航空航天等重要领域具有广阔的应用前景。

太赫兹时域光谱系统是利用太赫兹时域光谱技术测量样品材料在太赫兹波段光谱特性的仪器。太赫兹时域光谱仪被广泛应用在物质成分识别、爆炸物检测、生物样品测试以及气体监测等众多领域。

在利用太赫兹时域光谱仪进行样品测试时，通常需要先测量一个没有加入样品时的背景太赫兹信号；然后在样品测量光路中放入待测样品，测量待测样品在太赫兹波段的太赫兹光谱信号，两个信号相除便可以得到样品在太赫兹波段的透射或反射光谱信息。由于背景信号随时间变化，测量背景光和信号光时间上的先后顺序导致样品信号与背景信号相比时，不能真实反映样品测试时的背景信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种太赫兹时域光谱系统及操作方法，设计同步测量背景信号和样品信号的光路，能够同时获得样品测量过程中的真实背景信号，消除背景信号波动带来的影响，得到样品真实的光谱透射比信号，进而提高太赫兹波段样品测量的可靠性。

本发明的技术方案如下：

一种太赫兹时域光谱系统，包括飞秒激光器、斩波器、M1分束镜、THz发射器、H1抛物面镜、N1反射镜、N2反射镜、H2抛物面镜、M2分束镜、延迟模块、Q1 THz探测器、THz分束镜、H3抛物面镜、Q2 THz探测器、锁相放大器和计算机，延迟模块与计算机之间、斩波器与锁相放大器之间、Q1 THz探测器与锁相放大器之间、Q2 THz探测器与锁相放大器之间、锁相放大器与计算机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M1分束镜分为A1泵浦光和A2探测光，A2探测光穿过延迟模块后经M2分束镜一路传递给Q2 THz探测器，另一路经N1反射镜和N2反射镜传递给Q1探测器；A1泵浦光进入THz发射器后激发THz发射器产生太赫兹波，经H1抛物面镜准直后再由THz分束镜进行光路分束，一路为样品测量光路经H3抛物面镜进入Q2THz探测器，另一路为背景测量光路经H2抛物面镜进入Q1 THz探测器。

斩波器用于对飞秒激光进行调制并给锁相放大器提供参考信号，M1分束镜用于将飞秒脉冲激光器发出的飞秒激光分成泵浦光和探测光，THz发射器用于产生太赫兹脉冲信号，H1抛物面镜、H2抛物面镜、H3抛物面镜用于对太赫兹波进行准直和聚焦，N1反射镜、N2反射镜用于改变光传播方向，M2分束镜用于将探测光分成两束，延迟模块用于改变探测光延时对太赫兹脉冲信号进行扫描，Q1 THz探测器、Q2 THz探测器用于探测太赫兹脉冲信号，THz分束镜用于将太赫兹光分成背景测量光和样品测量光，锁相放大器用于采集并放大太赫兹信号，计算机用于太赫兹时域光谱信号处理。