[发明专利]太赫兹光谱测量装置、测量方法及其用途

说明书

本发明属于材料太赫兹频率范围光电相关性能测试技术领域，具体涉及一种太赫兹光谱测量方法、测量装置及其用途。本发明提供一种太赫兹光谱的测量装置，包括两频差在太赫兹波段的差频激光源、太赫兹发射天线、太赫兹接收天线、偏置电压电路、太赫兹光学系统、信号输出采集电路和相位或光程调节系统。本发明还提供使用所述测量装置测量太赫兹光谱的方法，以及所述装置和方法的用途。

技术领域

本发明属于材料太赫兹频率范围光电相关性能测试技术领域，具体涉及一种太赫兹光谱测量方法、测量装置及其用途。

背景技术

太赫兹(Tera Hertz，THz)是波动频率单位之一，又称为太赫，或太拉赫兹。等于1,000,000,000,000Hz，通常用于表示电磁波频率。近十几年，太赫兹技术有了长足的发展。当前，太赫兹技术不仅在基础科学研究中继续受到重视，同时在诸如：危险生物及化学制剂检测，安全检查，无损检测，医学诊断及制药等应用方面受到越来越多的关注。从事太赫兹光谱技术研究的基础平台装置是太赫兹光谱仪，太赫兹光谱仪主要有两种：一种是时域太赫兹光谱仪，它利用光学延时，测量样品透射或者反射的太赫兹脉冲信号，再通过傅里叶变换获得其透射或反射谱；另一种是频域太赫兹光谱仪，其基本原理是通过直接调节聚焦在光混频器上的两束激光的频率差，产生可调连续太赫兹波进行样品测试。太赫兹时域光谱仪由于仪器中延迟线的存在，在根本上决定其频谱分辨率不高,通常不小于5GHz，并且由于光路中样品、探测器所处的光程复杂,相位敏感，导致实验操作的难度增加；若要获得频域谱,还需对数据进行傅里叶变换等数据处理,这加大了仪器的系统误差,降低了实验结果的可靠性。

太赫兹频域光谱仪相对于时域光谱仪而言有着自己独特的优势：它可以对样品进行定频测量；其测量分辨率较高，尤其在气体检测方面,甚至可以达到MHz的水平,远高于时域光谱仪的测量分辨率；频域光谱仪在测量中得到样品信息直接在频域谱上呈现，提高了实验结果的可靠性。但是由于相干探测的相位敏感性，这严重影响非气体物质光谱的探测精度。通常对于太赫兹频域相干测试仪而言，在测量背景信号的情况下，若幅度为E，光程差为l，太赫兹角频率为ω，光速为c的两束相干太赫兹光辐射到光混频器探测上，产生的信号再经锁相放大后得到电信号A与E²cos(ωl/c)成正比，因此进行扫频时太赫兹谱会随频率周期变化。在有样品且nk的情况下，若测试条件不变，则产生的电信号B与|t|E²cos[ωl/c-(n-1)dω/c+ψ_t]成正比，t为透射系数，其相位ψ_t，反射率R分别为: