太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測裝置及異脈沖探測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測裝置以及異脈沖探測方法，該異脈沖探測裝置包括具有一定重復(fù)頻率的飛秒激光產(chǎn)生部、分束部、太赫茲脈沖形成部、待檢樣品容納部、太赫茲脈沖收集部、探測激光脈沖聚焦部、探測部、空間光程調(diào)制部、太赫茲脈沖還原部。由于空間光程調(diào)制部能夠調(diào)節(jié)太赫茲脈沖與探測激光脈沖所經(jīng)過的空間光程差，使得太赫茲脈沖與同時(shí)到達(dá)探測部的探測激光脈沖相差相鄰脈沖間隔的整數(shù)倍，因而該方法能夠在整個(gè)光路系統(tǒng)確定的情況下，根據(jù)被測物體大小實(shí)時(shí)調(diào)整光程差，使得整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不再受被測物體大小限制，擺脫了傳統(tǒng)太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)對(duì)被測物體體積的限制。
【專利說明】
太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測裝置及異脈沖探測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于太赫茲時(shí)域掃描領(lǐng)域，具體涉及一種太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測裝置及異脈沖探測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲波由于其具有相對(duì)較弱的光子能量而被稱為“無損傷探測”的光學(xué)波段。由于生物分子的旋動(dòng)及振動(dòng)能級(jí)(即指紋光譜)大多處于太赫茲波段，可以利用該波段光子對(duì)生物分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析及操控。因此，太赫茲波在生物醫(yī)學(xué)成像、物質(zhì)成分檢測和鑒定方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。但總體看，太赫茲波在這些方面的研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，大規(guī)模的應(yīng)用還面臨諸多挑戰(zhàn)。如現(xiàn)有太赫茲輻射源的功率較低，將限制太赫茲波對(duì)待檢物體的穿透性;周圍環(huán)境對(duì)太赫茲輻射的干擾，如水蒸氣的吸收;太赫茲波成譜成像速度有待提高。而其中，制約太赫茲系統(tǒng)真正邁向小型化、走向?qū)嵱没囊粋€(gè)重要因素是太赫茲時(shí)域掃描方式。
[0003]目前來說，太赫茲波時(shí)域信息的獲得主要通過機(jī)械平移臺(tái)的線性掃描。這種方法要求將激光光源輸出的脈沖激光分成兩束，其中一束作為栗浦光照射半導(dǎo)體天線，產(chǎn)生太赫茲輻射;另一束脈沖激光作為探測光照射到半導(dǎo)體天線，通過調(diào)節(jié)栗浦光與探測光所經(jīng)過的空間光程，使產(chǎn)生的太赫茲脈沖與探測光的脈沖同時(shí)到達(dá)探測天線，然后利用機(jī)械平臺(tái)平移的線性掃描完成探測光脈沖對(duì)太赫茲波時(shí)域信息的取樣，從而還原出太赫茲波的時(shí)域信息。這種方法能夠在較長的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)域信息掃描，但是要求栗浦光與探測光之間的光程差必須相等，才能完成時(shí)域信息的掃描，因此光路設(shè)計(jì)與搭建過程極大的受限于光程差的要求；同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)光程差的要求限制了被探測物體的體積，因此，極大的限制了其大規(guī)模應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為解決上述問題而進(jìn)行的，在目前常用的時(shí)域掃描方式基礎(chǔ)之上進(jìn)行改進(jìn)，提供了一種太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測裝置以及采用該裝置進(jìn)行太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測方法。本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明提供了一種太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測裝置，具有:具有一定重復(fù)頻率的飛秒激光產(chǎn)生部，輸出重復(fù)頻率穩(wěn)定的飛秒激光;分束部，設(shè)置在重復(fù)頻率被鎖定的飛秒激光的光路上，用于將飛秒激光分成相互垂直的檢測激光脈沖和探測激光脈沖;太赫茲脈沖形成部，設(shè)置在檢測激光脈沖光路的上游，用于產(chǎn)生太赫茲輻射，形成太赫茲波;待檢樣品容納部，設(shè)置在檢測激光脈沖光路的下游，用于容納待檢樣品；太赫茲脈沖收集部，用于對(duì)打在待檢樣品并被待檢樣品反射回的所述太赫茲脈沖進(jìn)行收集;探測激光脈沖聚焦部，設(shè)置在探測激光脈沖光路的上游，用于對(duì)探測激光脈沖進(jìn)行聚焦;探測部，同時(shí)探測在此合束的太赫茲脈沖以及探測激光脈沖的信息；空間光程調(diào)制部，調(diào)節(jié)太赫茲脈沖與探測激光脈沖所經(jīng)過的空間光程，使太赫茲脈沖與同時(shí)到達(dá)探測部的探測激光脈沖相差相鄰脈沖間隔的整數(shù)倍；以及太赫茲脈沖還原部，采用探測激光脈沖對(duì)與之同時(shí)到達(dá)探測部的太赫茲脈沖的時(shí)域信息進(jìn)行取樣掃描，并對(duì)太赫茲脈沖的時(shí)域信息進(jìn)行還原。
[0006]進(jìn)一步的，具有一定重復(fù)頻率的飛秒激光產(chǎn)生部包括:飛秒激光器，輸出一定重復(fù)頻率的飛秒激光，其諧振腔端部固定設(shè)置有壓電陶瓷，用于栗浦光進(jìn)入諧振腔后，形成拍頻信號(hào)；光電探測器，設(shè)置在飛秒激光的光路上，捕獲透過反射鏡的飛秒激光，并采用可調(diào)諧偏轉(zhuǎn)信號(hào)作為參考，與其探測得到的飛秒激光器的重復(fù)頻率進(jìn)行混頻，產(chǎn)生一個(gè)代表激光器重復(fù)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率差的誤差信號(hào);低通濾波器，對(duì)誤差信號(hào)中的高頻信號(hào)進(jìn)行濾除，得到低頻誤差信號(hào)；前置放大器，對(duì)低頻誤差信號(hào)進(jìn)行放大;環(huán)路控制器，在被放大的誤差信號(hào)進(jìn)入后輸出補(bǔ)償控制信號(hào)；以及調(diào)制升壓放大器，驅(qū)動(dòng)所述壓電陶瓷產(chǎn)生位移量而改變腔長，讓重復(fù)頻率動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率的鎖定。
[0007]進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供了一種太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測方法，包括以下步驟:
[0008]步驟I，采用飛秒激光器輸出一定重復(fù)頻率的飛秒激光，飛秒激光進(jìn)入設(shè)置有壓電陶瓷的諧振腔后，形成拍頻信號(hào)；
[0009]步驟2，采用光電探測器捕獲透過反射鏡的飛秒激光，并將可調(diào)諧偏轉(zhuǎn)信號(hào)作為參考，與其探測得到的飛秒激光器的重復(fù)頻率進(jìn)行混頻，產(chǎn)生一個(gè)代表激光器重復(fù)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率差的誤差彳g號(hào)；
[0010]步驟3，采用低通濾波器對(duì)誤差信號(hào)中的高頻信號(hào)進(jìn)行濾除，得到低頻誤差信號(hào)；[0011 ]步驟4，采用前置放大器對(duì)低頻誤差信號(hào)進(jìn)行放大；
[0012]步驟5，采用環(huán)路控制器在被放大的所述誤差信號(hào)進(jìn)入后輸出補(bǔ)償控制信號(hào)；
[0013]步驟6，采用調(diào)制升壓放大器，驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷產(chǎn)生位移量而改變腔長，讓重復(fù)頻率動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率的鎖定；
[0014]步驟7，采用分束部將重復(fù)頻率鎖定的飛秒激光分成相互垂直的檢測激光脈沖和探測激光脈沖；
[0015]步驟8，采用太赫茲脈沖形成部產(chǎn)生太赫茲輻射，形成太赫茲波；
[0016]步驟9，采用太赫茲脈沖收集部對(duì)打在待檢樣品并被待檢樣品反射回的太赫茲脈沖進(jìn)行匯聚；
[0017]步驟10，采用探測激光脈沖聚焦部對(duì)經(jīng)過透鏡的所述探測激光脈沖進(jìn)行聚焦；
[0018]步驟11，采用探測部同時(shí)探測太赫茲脈沖以及所述探測激光脈沖的信息；
[0019]步驟12，采用空間光程調(diào)制部調(diào)節(jié)所述太赫茲脈沖與探測激光脈沖所經(jīng)過的空間光程差，使太赫茲脈沖與同時(shí)到達(dá)探測部的探測激光脈沖相差相鄰脈沖間隔的整數(shù)倍；
[0020]步驟13，采用太赫茲脈沖還原部，采用探測激光脈沖對(duì)與之同時(shí)到達(dá)探測部的太赫茲脈沖的時(shí)域信息進(jìn)行取樣掃描，并對(duì)太赫茲脈沖的時(shí)域信息進(jìn)行還原。
[0021]另外，太赫茲波脈沖到達(dá)所述探測部的目標(biāo)脈沖為第n-m個(gè)，所述探測激光脈沖到達(dá)所述探測部的目標(biāo)脈沖為第n-w個(gè)，該兩個(gè)脈沖同時(shí)到達(dá)所述探測部的光程差應(yīng)滿足的條件為:
[0022]Δ =(I(n-m)-(n-w)I)c*k/f
[0023]其中，η為整數(shù)，代表經(jīng)過分束部后的第一個(gè)脈沖;c為激光的傳播速度，S卩，光速;k為介質(zhì)的折射率;f為飛秒激光器的重復(fù)頻率;n-m代表太赫茲光路中到達(dá)探測部的脈沖是經(jīng)過分束部后的第m個(gè)脈沖;ni代表參考激光脈沖光路中到達(dá)探測部的脈沖是經(jīng)過分束部后的第w個(gè)脈沖；。
[0024]發(fā)明作用與效果
[0025]根據(jù)本發(fā)明提供的太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測裝置以及太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測方法，由于空間光程調(diào)制部能夠調(diào)節(jié)太赫茲脈沖與探測激光脈沖所經(jīng)過的空間光程差，使得太赫茲脈沖與同時(shí)到達(dá)探測部的探測激光脈沖相差相鄰脈沖間隔的整數(shù)倍，因而該方法能夠在整個(gè)光路系統(tǒng)確定的情況下，根據(jù)被測物體大小實(shí)時(shí)調(diào)整光程差，使得整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不再受被測物體大小限制，擺脫了傳統(tǒng)太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)對(duì)被測物體體積的限制；同時(shí)，由于可以利用異脈沖進(jìn)行探測，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更趨向于小型化、實(shí)用化;更重要的是，該方法打破了時(shí)域光譜系統(tǒng)只能進(jìn)行近距離物質(zhì)成分分析的限制，對(duì)近場、遠(yuǎn)場物質(zhì)皆可實(shí)現(xiàn)太赫茲波的時(shí)域信息掃描，從而將太赫茲時(shí)域光譜分析拓展到遠(yuǎn)距離成分分析以及物質(zhì)檢測。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明的具有一定重復(fù)頻率的飛秒激光產(chǎn)生部的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明的空間調(diào)制部進(jìn)行空間調(diào)制的原理圖；
[0029]圖4是本發(fā)明的太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測方法用于電光晶體取樣探測太赫茲脈沖信號(hào)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0031]圖1是本實(shí)施例的太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]如圖1所示，太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測裝置100包括具有一定重復(fù)頻率的飛秒激光產(chǎn)生部11、分束部12、凸透鏡13、半導(dǎo)體天線14、拋物面鏡15、高阻硅片16、待檢樣品容納部17、太赫茲脈沖收集部18、探測部19、探測激光脈沖聚焦部20以及圖中未顯示出的空間光程調(diào)制部以及太赫茲脈沖還原部。其中，凸透鏡13、半導(dǎo)體天線14、拋物面鏡15、高阻硅片16組成了太赫茲脈沖形成部。
[0033]圖2為本實(shí)施例中的具有一定重復(fù)頻率的飛秒激光產(chǎn)生部的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]如圖2所示，具有一定重復(fù)頻率的飛秒激光產(chǎn)生部11包括飛秒激光器111、光電探測器112、低通濾波器113、前置放大器114、環(huán)路控制器115以及調(diào)制升壓放大器116。
[0035]飛秒激光器111產(chǎn)生一定重復(fù)頻率的飛秒激光，其諧振腔端部固定設(shè)置有壓電陶瓷(PZT)，用于栗浦光進(jìn)入諧振腔后，形成拍頻信號(hào)，頻率為拍頻信號(hào)的整數(shù)倍;光電探測器112設(shè)置在所述飛秒激光的光路上，其捕獲極少量透過反射鏡的飛秒激光，并采用可調(diào)諧偏轉(zhuǎn)信號(hào)作為參考，與其探測得到的飛秒激光器的重復(fù)頻率進(jìn)行混頻，產(chǎn)生一個(gè)代表激光器重復(fù)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率差的誤差信號(hào)；低通濾波器113用于對(duì)光電探測器產(chǎn)生的誤差信號(hào)中的高頻信號(hào)進(jìn)行濾除，得到低頻誤差信號(hào)；前置放大器114用于對(duì)該低頻誤差信號(hào)進(jìn)行放大;環(huán)路控制器115用于在該被放大的所述誤差信號(hào)進(jìn)入后輸出補(bǔ)償控制信號(hào);調(diào)制升壓放大器116用于驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷產(chǎn)生位移量而改變腔長，從而讓重復(fù)頻率動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率的鎖定。
[0036]如圖1所示，分束部12設(shè)置在重復(fù)頻率被鎖定的飛秒激光的光路上，用于將飛秒激光分成相互垂直的檢測激光脈沖和探測激光脈沖。本實(shí)施例中，分束部為780nm分束片。
[0037]太赫茲脈沖形成部由凸透鏡13、半導(dǎo)體天線14、拋物面鏡15、高阻硅片16組成。凸透鏡13對(duì)檢測激光脈沖進(jìn)行聚焦，半導(dǎo)體天線14被聚焦后的檢測激光脈沖照射后，產(chǎn)生太赫茲輻射，形成太赫茲波，拋物面鏡15用于對(duì)太赫茲波進(jìn)行收集并匯聚，高阻硅片16對(duì)太赫茲波進(jìn)行過濾，使得所需頻率的太赫茲波透過。在本實(shí)施例中，拋物面鏡15為鍍金離軸拋物面鏡。
[0038]待檢樣品容納部17和高阻硅片臨近，用于容納待檢樣品。太赫茲脈沖匯收集18用于對(duì)打在待檢樣品并被待檢樣品反射回的太赫茲脈沖進(jìn)行收集。本實(shí)施例中，太赫茲脈沖匯聚部18為鍍金離軸拋物面鏡。
[0039]探測激光脈沖聚焦部20設(shè)置在探測激光脈沖光路的上游，用于對(duì)探測激光脈沖進(jìn)行匯聚。在本實(shí)施例中，探測激光脈沖聚焦部20為凸透鏡。
[0040]探測部用于對(duì)同時(shí)到達(dá)的太赫茲脈沖以及探測激光脈沖同時(shí)進(jìn)行探測；空間光程調(diào)制部用于調(diào)節(jié)太赫茲脈沖與探測激光脈沖所經(jīng)過的空間光程，使太赫茲脈沖與同時(shí)到達(dá)探測部的探測激光脈沖相差相鄰脈沖間隔的整數(shù)倍;太赫茲脈沖還原部，采用探測激光脈沖對(duì)與之同時(shí)到達(dá)探測部的太赫茲脈沖的時(shí)域信息進(jìn)行取樣掃描，并對(duì)太赫茲脈沖的時(shí)域信息進(jìn)行還原，得到待檢樣品的成分信息。
[0041 ]圖3為本實(shí)施例中的空間調(diào)制部進(jìn)行空間調(diào)制的原理圖。
[0042]如圖1和圖3所示，假設(shè)太赫茲光路中到達(dá)探測部的脈沖為第n-5個(gè)，參考激光脈沖光路中到達(dá)探測部的脈沖為第n-8個(gè)，該兩個(gè)脈沖同時(shí)到達(dá)探測部的光程差應(yīng)滿足的條件為:
[0043]Δ = ( I (n-5)-(n_8) | )c*k/f = 3c*k/f
[0044]其中，n為整數(shù)，代表經(jīng)過分束部后的第一個(gè)脈沖;n-5代表太赫茲光路中到達(dá)探測部的脈沖是經(jīng)過分束部后的第五個(gè)脈沖;n-8代表參考激光脈沖光路中到達(dá)探測部的脈沖是經(jīng)過分束部后的第八個(gè)脈沖;c為激光的傳播速度，即，光速;k為介質(zhì)的折射率;f為飛秒激光器的重復(fù)頻率。
[0045]空間調(diào)制部只需按照上述公式進(jìn)行光程差的調(diào)制即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同的脈沖同時(shí)達(dá)到目標(biāo)物。此時(shí)，可以利用第(n-8)個(gè)探測激光脈沖完成第(n-5)個(gè)太赫茲脈沖的時(shí)域信號(hào)取樣掃描，從而還原出太赫茲脈沖。
[0046]在傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法中，由于傳統(tǒng)的太赫茲時(shí)域探測方式激光光源重復(fù)頻率不鎖定，必須控制探測光路同時(shí)到達(dá)目標(biāo)的脈沖也是第n-5個(gè)才能在目標(biāo)點(diǎn)合束，然后利用機(jī)械平移臺(tái)的線性掃描完成探測光脈沖對(duì)太赫茲波時(shí)域信息的取樣，從而還原出太赫茲波的時(shí)域信息。
[0047]圖4是本實(shí)施例的太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測方法用于電光晶體取樣探測太赫茲脈沖信號(hào)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048]以下以具體例子對(duì)太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0049]如圖4所示，電光晶體取樣探測太赫茲脈沖信號(hào)的光路包括重復(fù)頻率精確鎖定的飛秒激光器11、分束部12、凸透鏡13、半導(dǎo)體天線14、拋物面鏡15、高阻硅片16、待檢樣品容納部17、太赫茲脈沖收集部18、探測激光脈沖聚焦部20、電光晶體碲化鋅(ZnTe)21、l/4波片22; PBS偏振分光棱鏡23、光電探頭TO24。
[0050]如圖2和圖4所示，采用太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測方法對(duì)電光晶體取樣探測太赫茲脈沖信號(hào)的方法包括如下步驟:
[0051]步驟I，飛秒激光器111輸出一定重復(fù)頻率的飛秒激光，該飛秒激光作為栗浦光進(jìn)入諧振腔后，形成拍頻信號(hào)；
[0052]步驟2，光電探測器112捕獲透過反射鏡的飛秒激光，并將可調(diào)諧偏轉(zhuǎn)信號(hào)作為參考，與其探測得到的飛秒激光器的重復(fù)頻率進(jìn)行混頻，產(chǎn)生一個(gè)代表激光器重復(fù)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率差的誤差彳g號(hào)；
[0053]步驟3，低通濾波器113對(duì)誤差信號(hào)中的高頻信號(hào)進(jìn)行濾除，得到低頻誤差信號(hào)；
[0054]步驟4，前置放大器114對(duì)低頻誤差信號(hào)進(jìn)行放大；
[0055]步驟5，環(huán)路控制器115在被放大的所述誤差信號(hào)進(jìn)入后輸出補(bǔ)償控制信號(hào)；
[0056]步驟6，調(diào)制升壓放大器116驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷產(chǎn)生位移量而改變腔長，讓重復(fù)頻率動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率的鎖定；
[0057]步驟7，分束部12將重復(fù)頻率鎖定的飛秒激光分成相互垂直的檢測激光脈沖和探測激光脈沖；
[0058]步驟8，檢測激光脈沖經(jīng)凸透鏡13進(jìn)行聚焦后照射在半導(dǎo)體天線14上，產(chǎn)生太赫茲輻射，形成太赫茲波。太赫茲波由拋物面鏡15收集并匯聚后，被高阻硅片16進(jìn)行分束過濾，使得所需頻率的太赫茲波透過。
[0059]步驟9，太赫茲波的透過部分打到待檢樣品容納部17中的待檢樣品上并被反射，反射回的太赫茲脈沖再次經(jīng)過高阻硅片16被反射到太赫茲脈沖收集部18上。太赫茲脈沖收集部18位于探測激光脈沖的光路上，其也為鍍金拋物面鏡，反射回的太赫茲脈沖經(jīng)拋物面鏡收集匯聚于電光晶體碲化鋅21;
[0060]步驟10，探測激光脈沖聚焦部22對(duì)探測激光脈沖進(jìn)行聚焦后的探測激光脈沖穿過太赫茲脈沖收集部18，也被匯聚在電光晶體碲化鋅21上；
[0061]步驟11，空間光程調(diào)制部調(diào)節(jié)太赫茲脈沖與探測激光脈沖所經(jīng)過的空間光程差，使太赫茲脈沖與同時(shí)到達(dá)電光晶體碲化鋅21的探測激光脈沖相差相鄰脈沖間隔的整數(shù)倍；
[0062]步驟12，碲化鋅晶體21在太赫茲脈沖的影響下具有雙折射效應(yīng)，兩束光路匯聚后經(jīng)過1/4波片22調(diào)節(jié)偏振，并由PBS分束鏡23分束后由光電探頭PD24進(jìn)行收集探測，利用線性平移臺(tái)掃描完成樣品信息探測。
[0063]實(shí)施例作用與效果
[0064]根據(jù)本實(shí)施例提供的太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測裝置以及太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測方法，由于空間光程調(diào)制部能夠調(diào)節(jié)太赫茲脈沖與探測激光脈沖所經(jīng)過的空間光程差，使得太赫茲脈沖與同時(shí)到達(dá)探測部的探測激光脈沖相差相鄰脈沖間隔的整數(shù)倍，因而該方法能夠在整個(gè)光路系統(tǒng)確定的情況下，根據(jù)被測物體大小實(shí)時(shí)調(diào)整光程差，使得整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不再受被測物體大小限制，擺脫了傳統(tǒng)太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)對(duì)被測物體體積的限制；同時(shí)，由于可以利用異脈沖進(jìn)行探測，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更趨向于小型化、實(shí)用化;更重要的是，該方法打破了時(shí)域光譜系統(tǒng)只能進(jìn)行近距離物質(zhì)成分分析的限制，對(duì)近場、遠(yuǎn)場物質(zhì)皆可實(shí)現(xiàn)太赫茲波的時(shí)域信息掃描，從而將太赫茲時(shí)域光譜分析拓展到遠(yuǎn)距離成分分析以及物質(zhì)檢測。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測裝置，其特征在于，具有: 具有一定重復(fù)頻率的飛秒激光產(chǎn)生部，輸出重復(fù)頻率穩(wěn)定的飛秒激光； 分束部，設(shè)置在重復(fù)頻率被鎖定的所述飛秒激光的光路上，用于將所述飛秒激光分成相互垂直的檢測激光脈沖和探測激光脈沖； 太赫茲脈沖形成部，設(shè)置在檢測激光脈沖光路的上游，用于產(chǎn)生太赫茲輻射，形成太赫茲波； 待檢樣品容納部，設(shè)置在檢測激光脈沖光路的下游，用于容納待檢樣品； 太赫茲脈沖收集部，用于對(duì)打在待檢樣品并被所述待檢樣品反射回的所述太赫茲脈沖進(jìn)行收集； 探測激光脈沖聚焦部，設(shè)置在所述探測激光脈沖光路的上游，用于對(duì)所述探測激光脈沖進(jìn)行聚焦； 探測部，同時(shí)探測在此合束的所述太赫茲脈沖以及所述探測激光脈沖的信息； 空間光程調(diào)制部，調(diào)節(jié)所述太赫茲脈沖與所述探測激光脈沖所經(jīng)過的空間光程，使所述太赫茲脈沖與同時(shí)到達(dá)所述探測部的探測激光脈沖相差相鄰脈沖間隔的整數(shù)倍;以及太赫茲脈沖還原部，采用所述探測激光脈沖對(duì)與之同時(shí)到達(dá)所述探測部的所述太赫茲脈沖的時(shí)域信息進(jìn)行取樣掃描，并對(duì)所述太赫茲脈沖的時(shí)域信息進(jìn)行還原。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測裝置，其特征在于: 其中，所述具有一定重復(fù)頻率的飛秒激光產(chǎn)生部包括: 飛秒激光器，輸出一定重復(fù)頻率的飛秒激光，其諧振腔端部固定設(shè)置有壓電陶瓷，用于栗浦光進(jìn)入諧振腔后，形成拍頻信號(hào)； 光電探測器，設(shè)置在所述飛秒激光的光路上，捕獲透過反射鏡的飛秒激光，并采用可調(diào)諧偏轉(zhuǎn)信號(hào)作為參考，與其探測得到的所述飛秒激光器的重復(fù)頻率進(jìn)行混頻，產(chǎn)生一個(gè)代表激光器重復(fù)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率差的誤差信號(hào)； 低通濾波器，對(duì)所述誤差信號(hào)中的高頻信號(hào)進(jìn)行濾除，得到低頻誤差信號(hào)； 前置放大器，對(duì)所述低頻誤差信號(hào)進(jìn)行放大； 環(huán)路控制器，在被放大的所述誤差信號(hào)進(jìn)入后輸出補(bǔ)償控制信號(hào)；以及調(diào)制升壓放大器，驅(qū)動(dòng)所述壓電陶瓷產(chǎn)生位移量而改變腔長，讓重復(fù)頻率動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率的鎖定。3.—種太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，采用飛秒激光器輸出一定重復(fù)頻率的飛秒激光，所述飛秒激光進(jìn)入設(shè)置有壓電陶瓷的諧振腔后，形成拍頻信號(hào)； 步驟2，采用光電探測器捕獲透過反射鏡的飛秒激光，并將可調(diào)諧偏轉(zhuǎn)信號(hào)作為參考，與其探測得到的所述飛秒激光器的重復(fù)頻率進(jìn)行混頻，產(chǎn)生一個(gè)代表激光器重復(fù)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率差的誤差彳g號(hào)； 步驟3，采用低通濾波器對(duì)所述誤差信號(hào)中的高頻信號(hào)進(jìn)行濾除，得到低頻誤差信號(hào)； 步驟4，采用前置放大器對(duì)所述低頻誤差信號(hào)進(jìn)行放大； 步驟5，采用環(huán)路控制器在被放大的所述誤差信號(hào)進(jìn)入后輸出補(bǔ)償控制信號(hào)； 步驟6，采用調(diào)制升壓放大器，驅(qū)動(dòng)所述壓電陶瓷產(chǎn)生位移量而改變腔長，讓重復(fù)頻率動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率的鎖定； 步驟7，采用分束部將重復(fù)頻率鎖定的所述飛秒激光分成相互垂直的檢測激光脈沖和探測激光脈沖； 步驟8，采用太赫茲脈沖形成部產(chǎn)生太赫茲輻射，形成太赫茲波； 步驟9，采用太赫茲脈沖匯聚部對(duì)打在待檢樣品并被所述待檢樣品反射回的所述太赫茲脈沖進(jìn)行匯聚； 步驟10，采用探測激光脈沖聚焦部對(duì)經(jīng)過透鏡的所述探測激光脈沖進(jìn)行聚焦； 步驟11，采用探測部同時(shí)探測所述太赫茲脈沖以及所述探測激光脈沖的信息； 步驟12，采用空間光程調(diào)制部調(diào)節(jié)所述太赫茲脈沖與所述探測激光脈沖所經(jīng)過的空間光程差，使所述太赫茲脈沖與同時(shí)到達(dá)所述探測部的探測激光脈沖相差相鄰脈沖間隔的整數(shù)倍； 步驟13，采用太赫茲脈沖還原部對(duì)與之同時(shí)到達(dá)所述探測部的所述太赫茲脈沖的時(shí)域信息進(jìn)行取樣掃描，并對(duì)所述太赫茲脈沖的時(shí)域信息進(jìn)行還原。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太赫茲波時(shí)域信息的異脈沖探測方法，其特征在于: 其中，所述太赫茲波脈沖到達(dá)所述探測部的目標(biāo)脈沖為第n-m個(gè)，所述探測激光脈沖到達(dá)所述探測部的目標(biāo)脈沖為第n-w個(gè)，該兩個(gè)脈沖同時(shí)到達(dá)所述探測部的光程差應(yīng)滿足的條件為: Δ =( (n-m)-(n-w)|)c*k/f 其中，n為整數(shù)，代表經(jīng)過分束部后的第一個(gè)脈沖;c為激光的傳播速度，S卩，光速;k為介質(zhì)的折射率;f為飛秒激光器的重復(fù)頻率;n-m代表太赫茲光路中到達(dá)探測部的脈沖是經(jīng)過分束部后的第m個(gè)脈沖;η-w代表參考激光脈沖光路中到達(dá)探測部的脈沖是經(jīng)過分束部后的第w個(gè)脈沖。
【文檔編號(hào)】G01N21/3586GK105866061SQ201610195181
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】李敏, 殷晨暉, 曾和平
【申請人】上海理工大學(xué)