[发明专利]太赫兹时域光谱测量系统和方法

说明书

本公开提供了一种太赫兹时域光谱测量系统和方法，太赫兹时域光谱测量系统包括：太赫兹光学装置，用于产生太赫兹波，并探测得到经过与待测样品作用后的太赫兹波时域信号；腔体装置，具有用于容置所述太赫兹光学装置的容置空间；真空装置，连接所述容置空间，用于调整所述容置空间的真空度。本公开提供的太赫兹时域光谱测量系统和方法可以成功消除太赫兹时域谱测量过程中水蒸气对背底信号的干扰，且无需额外的干燥气体或干燥单元，便携性强。

技术领域

本公开涉及光学仪器领域，尤其涉及一种太赫兹时域光谱测量系统和方法。

背景技术

太赫兹波(THz波)是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长约在0.03mm到3mm范围，介于微波与红外之间。太赫兹波具有很多优异的性质，包括特别的穿透力(能以很小的衰减穿透如陶瓷、脂肪、碳板、布料、塑料等物质，还可以无损穿透墙壁、沙尘烟雾)；低能性(1THz≈4.1meV，光子能量小，只有X射线光子能量的亿分之一，不会引起生物组织的光致电离)；“指纹”特性(大量有机分子转动和振动跃迁、半导体的子带和微带能量，及其他“准粒子”物理行为的能量在太赫兹范围内)。太赫兹波的这些特点，使得其在基础科研、物体成像、环境监测、医疗诊断、射线天文、宽带通信、安全检查和雷达等领域具有重大的科学价值和广阔的应用前景。

太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)是太赫兹波谱测量领域的典型代表，其基于相干探测原理，将皮秒(ps)时间尺度的波形通过傅立叶变换而获得太赫兹脉冲的振幅和相位信息，从而得到样品在太赫兹波段的光学参数。但是对于现有的太赫兹时域光谱仪，其太赫兹光路普遍暴露在大气环境中，大气环境中的水蒸气和微量极性分子对太赫兹有强烈的吸收，构成测试时的强背底干扰，严重影响太赫兹光波的传输和太赫兹频谱的测量。

发明内容

本公开的一个方面提供了一种太赫兹时域光谱测量系统，包括：太赫兹光学装置，用于产生太赫兹波，并探测得到经过与待测样品作用后的太赫兹波时域信号；腔体装置，具有用于容置所述太赫兹光学装置的容置空间；真空装置，连接所述容置空间，用于调整所述容置空间的真空度。

根据本公开实施例，所述真空装置包括真空泵、第一管路和第一阀门；所述第一管路连接所述容置空间和所述真空泵；所述第一阀门设置于所述第一管路上，用于控制抽气速度；所述真空装置还包括真空计，用于测量所述容置空间的真空度。

根据本公开实施例，所述真空装置还包括第二管路和第二阀门；所述第二管路连接所述容置空间和大气环境；所述第二阀门设置于所述第二管路上，用于控制进气速度；所述第二阀门在所述真空泵和所述太赫兹光学装置工作过程中处于关闭状态。

根据本公开实施例，所述太赫兹光学装置包括太赫兹产生单元、太赫兹探测单元和光学元件组；所述光学元件组设置于所述太赫兹产生单元和所述太赫兹探测单元之间；所述太赫兹产生单元用于产生所述太赫兹波；所述光学元件组用于将所述太赫兹产生单元产生的太赫兹波聚焦到待测样品上，并将经过样品透射或反射作用后得到的太赫兹波聚焦到所述太赫兹探测单元上；所述太赫兹探测单元用于探测得到经过与待测样品作用后的太赫兹波时域信号。

根据本公开实施例，太赫兹时域光谱测量系统还包括：激光器，用于提供泵浦光和探测光，所述泵浦光作用于所述太赫兹产生单元，所述探测光作用于所述太赫兹探测单元；时间延迟装置，用于对所述探测光进行时间延迟；信号调制和处理装置，连接所述太赫兹产生单元和所述太赫兹探测单元，用于向所述太赫兹产生单元提供所述电学调制信号，并接收所述太赫兹探测单元发送的时域信号并对所述时域信号进行处理。

根据本公开实施例，所述腔体装置包括腔体和腔门，所述腔体具有开口，所述腔门设置于所述腔体开口处；在所述腔门闭合的情况下，所述容置空间为密闭空间。