一種太赫茲光譜儀及太赫茲收發(fā)探頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及屬于太赫茲時域光譜診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種太赫茲光譜儀及太赫茲收發(fā)探頭。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：目前太赫茲時域光譜系統(tǒng)大多采用離軸拋面鏡對太赫茲脈沖進行空間傳播，在結(jié)構(gòu)上復(fù)雜，光程長，穩(wěn)定性差，使太赫茲波的能量利用率低下。針對上述存在的問題，提供一種太赫茲光譜儀及太赫茲收發(fā)探頭，通過太赫茲轉(zhuǎn)換器將激光器發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換為探測光和泵浦光，進而通過太赫茲收發(fā)探頭接收太赫茲轉(zhuǎn)換器輸出探測光和泵浦光，進行樣品反射式探測和透射式探測，得到樣品光譜信息。解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的太赫茲光譜儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大的問題。進一步的，解決現(xiàn)有技術(shù)中太赫茲收發(fā)探頭體積大，太赫茲能量利用效率低的缺點。本發(fā)明包括激光器、太赫茲轉(zhuǎn)換器、太赫茲收發(fā)探頭等。本發(fā)明應(yīng)用于太赫茲光譜成像與診斷應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利說明】一種太赫茲光譜儀及太赫茲收發(fā)探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及屬于太赫茲時域光譜診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種太赫茲光譜儀及太赫茲收發(fā)探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]THZ波或稱為太赫茲射線是上個世紀(jì)80年代中后期，才被正式明明的。太赫茲波是指頻率在0.1THZ到10THZ范圍的電磁波，波長大概在0.03到3mm范圍，介于微波與紅外之間。太赫茲系統(tǒng)在半導(dǎo)體材料、高溫超導(dǎo)材料的性質(zhì)研究、斷層成像技術(shù)、無標(biāo)記的基因檢查、細胞水平成像、化學(xué)和生物的檢查、以及寬帶通信、微波定向等許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。[0003]目前太赫茲時域光譜系統(tǒng)大多采用離軸拋面鏡對太赫茲脈沖進行空間傳播，在結(jié)構(gòu)上復(fù)雜，光程長，穩(wěn)定性差，使太赫茲波的能量利用率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種太赫茲光譜儀及太赫茲收發(fā)探頭，通過太赫茲轉(zhuǎn)換器將激光器發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換為探測光和泵浦光，進而通過太赫茲收發(fā)探頭接收太赫茲轉(zhuǎn)換器輸出探測光和泵浦光，進行樣品反射式探測和透射式探測，得到樣品光譜信息。解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的太赫茲光譜儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、探測效率低的缺點。進一步的，通過太赫茲透鏡與光導(dǎo)天線位置設(shè)置，解決現(xiàn)有技術(shù)中太赫茲收發(fā)探頭體積大，太赫茲能量利用效率低的缺點。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種太赫茲光譜儀包括:
激光器，用于發(fā)射激光；太赫茲轉(zhuǎn)換器，用于將激光器發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換為探測光和泵浦光；探測光比泵浦光有T時間延遲；所述T是皮秒級到納秒級；
太赫茲收發(fā)探頭10，用于接收太赫茲轉(zhuǎn)換器輸出探測光和泵浦光，產(chǎn)生輻射太赫茲波進行樣品反射式探測和透射式探測，通過攜帶樣品信息的太赫茲波進行探測得到樣品表面光譜。
[0006]進一步的，所述太赫茲收發(fā)探頭包括第一光導(dǎo)天線、第二光導(dǎo)天線、第一太赫茲透鏡、弟太赫茲透鏡、弟二太赫茲透鏡；
第一光導(dǎo)天線，泵浦光輻射在第一光導(dǎo)天線兩電極間的光電導(dǎo)材料上輻射出太赫茲脈沖；由第一光導(dǎo)天線輻射出的太赫茲脈沖經(jīng)過第一太赫茲透鏡、第三太赫茲透鏡后，入射至樣品表面反射后經(jīng)過第二太赫茲透鏡后輻射到第二光導(dǎo)天線的光電導(dǎo)材料上；
第二光導(dǎo)天線，探測光經(jīng)過光學(xué)延遲線延遲后入射到透鏡上后聚焦輻射在第二光導(dǎo)天線的光電導(dǎo)材料上，通過探測光輻射在第二光導(dǎo)天線兩電極間的光導(dǎo)材料上產(chǎn)生自由載流子，與此同時自由空間傳播的攜帶樣品信息的太赫茲脈沖也輻射在第二光導(dǎo)天線兩電極間的光導(dǎo)材料上，既可以驅(qū)動載流子產(chǎn)生正比于太赫茲瞬間電場的光電流；所述第一太赫茲透鏡與第二太赫茲透鏡的中心距P，第一太赫茲透鏡與第二太赫茲透鏡直徑為X，所述第三太赫茲透鏡的直徑Y(jié)滿足:Y>Χ+2Ρ ;泵浦光光能量和探測光光能量對應(yīng)分別不超過第一光導(dǎo)天線、第二光導(dǎo)天線的能量閥值。
[0007]進一步的，所述第一太赫茲透鏡、第二太赫茲透鏡分別與第三太赫茲透鏡的焦距為8f或者4f。
[0008]進一步的，所述太赫茲轉(zhuǎn)換器包括:
分光裝置，用于將激光器發(fā)射的激光分為為泵浦光、探測光，其中泵浦光通過第二透鏡8入射至太赫茲收發(fā)探頭一輸入端口，探測光入射至延遲角度轉(zhuǎn)換裝置中；所述泵浦光與分光裝置入射光光軸垂直；泵浦光通過第一透鏡9入射至太赫茲收發(fā)探頭的探測光與分光裝置入射光光軸垂直；
延遲角度轉(zhuǎn)換裝置，用于將第一分光器輸出的探測光進行光信號T時間延遲，并將探測光延遲信號入射至太赫茲收發(fā)探頭另一輸入端口。
[0009]進一步的，所述分光裝置包括分光器及第一調(diào)整器，所述其中分光器指的是分束
鏡5或半反半透透鏡，第一調(diào)整器是第二 I波片6或者第二 I波片，第一調(diào)整器用于調(diào)節(jié)泵
24
浦光和探測光的功率比。
[0010]進一步的，所述延遲角度轉(zhuǎn)換裝置包括延遲裝置和角度轉(zhuǎn)換裝置，延遲裝置是延遲線7。角度轉(zhuǎn)換裝置是分束鏡14、反射鏡或者半反半透透鏡。
[0011]進一步的，當(dāng)所述角度轉(zhuǎn)換裝置是分束鏡時，延遲角度轉(zhuǎn)換裝置還包括檢測裝置13，所述分束鏡將延遲線輸出探測光進行功率分配，經(jīng)過分束鏡透射的探測光入射至檢測裝置，進行功率檢測；經(jīng)過分束鏡反射的探測光入射至太赫茲收發(fā)探頭另一輸入端口。
[0012]進一步的，所述太赫茲轉(zhuǎn)換器還包括第一可調(diào)反射鏡2、第二可調(diào)反射鏡4、第二調(diào)整器，所述激光器I發(fā)射激光依次經(jīng)過第一可調(diào)反射鏡、第二調(diào)整器、第二可調(diào)反射鏡后，調(diào)整激光進入分光裝置，所述激光器發(fā)射的激光與分光裝置入射方向為α，所述α范
圍是O到180°，第二調(diào)整器是第一I波片3。
[0013]一種太赫茲收發(fā)探頭，此探頭用于接收太赫茲轉(zhuǎn)換器輸出探測光和泵浦光，進行樣品反射式探測和透射式探測，得到樣品光譜信息，所述太赫茲收發(fā)探頭包括第一光導(dǎo)天線、第二光導(dǎo)天線、第一太赫茲透鏡、第二太赫茲透鏡、第三太赫茲透鏡，
第一光導(dǎo)天線，泵浦光輻射在第一光導(dǎo)天線兩電極間的光電導(dǎo)材料上輻射出太赫茲脈沖；由第一光導(dǎo)天線輻射出的太赫茲脈沖經(jīng)過第一太赫茲透鏡、第三太赫茲透鏡后，入射至樣品表面反射后經(jīng)過第二太赫茲透鏡后輻射到第二光導(dǎo)天線的光電導(dǎo)材料上；
第二光導(dǎo)天線，探測光經(jīng)過光學(xué)延遲線延遲后入射到透鏡上后聚焦輻射在第二光導(dǎo)天線的光電導(dǎo)材料上，通過探測光輻射在第二光導(dǎo)天線兩電極間的光導(dǎo)材料上產(chǎn)生自由載流子，與此同時自由空間傳播的攜帶樣品信息的太赫茲脈沖也輻射在第二光導(dǎo)天線兩電極間的光導(dǎo)材料上，既可以驅(qū)動載流子產(chǎn)生正比于太赫茲瞬間電場的光電流。
[0014]所述第一太赫茲透鏡與第二太赫茲透鏡的中心距P，第一太赫茲透鏡與第二太赫茲透鏡直徑為X，所述第三太赫茲透鏡的直徑Y(jié)滿足'Ym2P ;泵浦光光能量和探測光光能量對應(yīng)分別不超過第一光導(dǎo)天線、第二光導(dǎo)天線的能量閥值。
[0015]進一步的，所述第一太赫茲透鏡、第二太赫茲透鏡分別與第三太赫茲透鏡的焦距為8f或者4f。
[0016]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
I)通過太赫茲轉(zhuǎn)換器將激光器發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換為探測光和泵浦光，進而通過太赫茲收發(fā)探頭接收太赫茲轉(zhuǎn)換器輸出探測光和泵浦光，在不改變光路的情況下可以實現(xiàn)對不同厚度的樣品進行樣品反射式探測和透射式探測，得到樣品光譜信息。實現(xiàn)對固體，液體樣品的探測。例如，分子制樣的壓片，生物制樣的石蠟標(biāo)本、血液、新鮮的生物樣品等。
[0017]2)光譜儀通過分光裝置將激光器發(fā)射的激光分成泵浦光和探測光，其中探測光經(jīng)過太赫茲轉(zhuǎn)換器后延遲T時間，精確控制太赫茲收發(fā)探頭中樣品表面泵浦光及探測光干涉時間，形成精確的干涉圖譜，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理提供精確的數(shù)據(jù)。改為通過調(diào)節(jié)延遲時間來獲得探測脈沖和攜帶樣品光譜信息的太赫茲脈沖在不同時間下的光電流，來獲得攜帶樣品信息的太赫茲脈沖的電場時間波形。
[0018]3)在2)基礎(chǔ)上，本光譜儀通過兩個可調(diào)反射鏡(第一可調(diào)反射鏡、第二可調(diào)反射鏡)，改變激光器發(fā)射的激光路徑，讓激光器發(fā)射的激光與分光裝置入射方向可以呈現(xiàn)α，當(dāng)α為180°時。實現(xiàn)了本光譜儀小型化的效果。
[0019]4)在2)或者3)基礎(chǔ)上，當(dāng)所述角度轉(zhuǎn)換裝置是分束鏡時，還包括檢測裝置，所述分束鏡將延遲線輸出探測光進行功率等分，經(jīng)過分束鏡透射的探測光入射至檢測裝置，進行功率檢測，方便實用，可以實時監(jiān)測到探測光和泵浦光的能量比。為操作人員提供一個參考。
[0020]5)可以方便的調(diào)節(jié)透鏡組合樣品的`距離問題:在收發(fā)探頭系統(tǒng)后面的便是可以進行三維調(diào)整的樣品調(diào)節(jié)臺12。通過沿光軸方向的調(diào)整就可以實現(xiàn)透鏡組與樣品的距離調(diào)節(jié)。此外還可以通過垂直于光軸的面的樣品臺的二維調(diào)節(jié)實現(xiàn)太赫茲波的逐點成像。
[0021]6)本發(fā)明的太赫茲光譜儀器實現(xiàn)小型化設(shè)計。太赫茲轉(zhuǎn)換器的尺寸為51 5mmX 1 50mmX 150mm,太赫茲探頭的尺寸為 1 40mmX 148mmX 1 50mmη
[0022]7)在5)基礎(chǔ)上，當(dāng)所述第一太赫茲透鏡、第二太赫茲透鏡分別與第三太赫茲透鏡的焦距為8f或者4f時，可以提聞太赫茲波的能量利用率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1是光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2太赫茲收發(fā)探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3a是太赫茲收發(fā)探頭反射式探測樣品表面示意圖。
[0026]圖3b是太赫茲收發(fā)探頭透射式探測樣品表面示意圖。
[0027]附圖標(biāo)記:
1-激光器 2-第一可調(diào)反射鏡 3-第一 $波片
4-第二可調(diào)反射鏡5-分束鏡6-第二 I波片7-延遲線8- —第二透鏡9-第一透鏡
10-太赫茲收發(fā)探頭11-樣品12-樣品調(diào)節(jié)臺
13-太赫茲功率計14-第一太赫茲透鏡15-第二太赫茲透鏡
16-第三太赫茲透鏡17-第二光導(dǎo)天線18-第一光導(dǎo)天線。
【具體實施方式】
[0028]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0029]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0030]一、本發(fā)明相關(guān)說明:
1.激光器指的是飛秒激光器。激光器可以是自由空間激光器也可以是光纖激光器。此外通過改變光導(dǎo)天線的基底材料可以使用不同中心波長的飛秒激光器。例如780η和1560nm的飛秒激光器。
[0031]分光裝置包括分光器及調(diào)整器，其中分光器指的是分束鏡、半反半透透鏡。分束鏡反射的激光(泵浦光)與太赫茲收發(fā)探頭第一光導(dǎo)天線方向一致。分束鏡透射的激光(探測光)入射至延遲角度轉(zhuǎn)換裝置入射端口(延遲器或者延遲線輸入端口);延遲角度轉(zhuǎn)化裝置輸出端口輸出的激光與太赫茲后發(fā)探頭第二光導(dǎo)天線方向一致。)
3.延遲角度轉(zhuǎn)換裝置包括延遲裝置和角度轉(zhuǎn)換裝置，延遲裝置是延遲線。角度轉(zhuǎn)換裝置是分束鏡、發(fā)射鏡或者半反半透透鏡。分束鏡透射的激光(探測光)經(jīng)過延遲裝置后，在經(jīng)過角度轉(zhuǎn)換裝置，與太赫茲收發(fā)探頭第二光導(dǎo)天線方向一致。
[0032]如圖3a、3b所示，反射式探測和透射式探測反射式探測的方法為:在樣本前端(距離太赫茲收發(fā)探頭距離較近一端)加太赫茲窗口(例如石英、聚乙烯等)，通過記錄樣品表面的反射波形信號，實現(xiàn)對樣品的反射式測量；透射式探測的方法為:在樣本前端(距離太赫茲收發(fā)探頭距離較近一端)加太赫茲窗口(例如石英、聚乙烯等)，同時在樣本后端(距離太赫茲收發(fā)探頭距離較遠一端)加太赫茲全反鏡，計算機通過記錄太赫茲全反鏡反射的太赫茲波形信號，實現(xiàn)對樣品的透射式測量。
[0033]檢測裝置是太赫茲功率計。
[0034]本裝置太赫茲光譜儀產(chǎn)生的光電流通過后續(xù)計算機(電路)進行信號處理，可得到被測樣品光譜信息。
[0035]光導(dǎo)天線的偏置電壓調(diào)節(jié)范圍是O-lOOOOv。
[0036]第一調(diào)整器是*波片時，所述1/2波片主要是改變探測光的偏振方向，提高探測
效率。改變光的偏振方向。第二調(diào)整器是-波片時主要用于調(diào)整飛秒激光的偏振方向來改
變分光裝置(分束鏡)的分束比，得到合適的泵浦光和探測光能量。第二個1/2波片主要是調(diào)整探測光的偏振方向提1?探測效率。
[0037]9.太赫茲轉(zhuǎn)換器中分光裝置，用于將激光器發(fā)射的激光分為為泵浦光、探測光，產(chǎn)生輻射太赫茲波進行樣品反射式探測和透射式探測，通過攜帶樣品信息的太赫茲波進行探測得到樣品表面光譜。
[0038]10.延遲角度轉(zhuǎn)換裝置包括延遲裝置、角度轉(zhuǎn)換裝置及檢測裝置時,角度轉(zhuǎn)換裝置(分束鏡)將延遲裝置(延遲線)輸出探測光進行功率分配，經(jīng)過分束鏡透射的探測光入射至檢測裝置，進行功率檢測。
[0039]11.本光譜儀還可以通過改變光導(dǎo)天線的基底材料，選用不同中心波長的飛秒激光器(如780nm和1560nm的激光器)，此外本光譜儀還可以選用自由空間傳輸?shù)募す馄骱凸?br> 纖激光器。
[0040]12.光導(dǎo)天線可以是小口徑光導(dǎo)天線也可以是大口徑光導(dǎo)天線。
[0041]13.f 為焦距。
[0042]二、工作原理:
太赫茲收發(fā)探頭工作原理:
飛秒激光器發(fā)射的激光經(jīng)過第一分束鏡后分為兩路，分別為泵浦光和探測光。泵浦光經(jīng)過第二透鏡后聚焦輻射在第一光導(dǎo)天線的光電導(dǎo)材料上激發(fā)出載流子，載流子在在外加偏置電壓的電場作用下定向運動并輻射出太赫茲脈沖。輻射出的發(fā)散的太赫茲脈沖通過第一太赫茲透鏡后聚集到第三太赫茲透鏡上，第三太赫茲透鏡將太赫茲脈沖聚焦后輻射在樣品上，攜帶樣品光譜信息的太赫茲脈沖反射后經(jīng)第三太赫茲透鏡聚集入射到第二太赫茲透鏡上，經(jīng)第二太赫茲透鏡聚焦后輻射在第二光導(dǎo)天線的光電導(dǎo)材料上，與此同時探測光經(jīng)過延遲線后在第二透鏡的作用下聚焦輻射入第二光導(dǎo)天線的光電導(dǎo)材料上產(chǎn)生載流子，攜帶樣品信息的太赫茲脈沖驅(qū)動載流子產(chǎn)生正比于太赫茲瞬間電場的光電流。記錄探測脈沖和攜帶樣品信息的太赫茲脈沖在不同時間延遲下的光電流，就可以獲得攜帶樣品光譜信息的太赫茲脈沖的電場時間波形。
[0043]三、本裝置結(jié)構(gòu):
1、光譜儀結(jié)構(gòu):
I)如圖1所示，光譜儀包括激光器、太赫茲轉(zhuǎn)換器和太赫茲收發(fā)探頭。太赫茲轉(zhuǎn)換器包括分光裝置和延遲角度轉(zhuǎn)換裝置。太赫茲收發(fā)探頭包括第一光導(dǎo)天線、第二光導(dǎo)天線、第一太赫茲透鏡、第二太赫茲透鏡、第三太赫茲透鏡。
[0044]2)在上述基礎(chǔ)上，當(dāng)所述角度轉(zhuǎn)換裝置是分束鏡時，延遲角度轉(zhuǎn)換裝置還包括檢測裝置，所述分束鏡將延遲線輸出探測光進行功率分配，經(jīng)過分束鏡透射的探測光入射至檢測裝置，進行功率檢測；經(jīng)過分束鏡反射的探測光入射至太赫茲收發(fā)探頭另一輸入端口。
[0045]3)在上述I)或2)基礎(chǔ)上，太赫茲轉(zhuǎn)換器還包括第一可調(diào)反射鏡、第二可調(diào)反射鏡、第二調(diào)整器，所述激光器發(fā)射激光依次經(jīng)過第一可調(diào)反射鏡、第二調(diào)整器、第二可調(diào)反射鏡后，調(diào)整激光進入分光裝置，所述激光器發(fā)射的激光與分光裝置入射方向為180夾角。
[0046]2、太赫茲收發(fā)探頭結(jié)構(gòu):
如圖2所示，包括第一光導(dǎo)天線、第二光導(dǎo)天線、第一太赫茲透鏡、第二太赫茲透鏡、第三太赫茲透鏡，第一光導(dǎo)天線，泵浦光輻射在第一光導(dǎo)天線兩電極間的光電導(dǎo)材料上輻射出太赫茲脈沖；由第一光導(dǎo)天線輻射出的太赫茲脈沖經(jīng)過第一太赫茲透鏡、第三太赫茲透鏡后，入射至樣品表面反射后經(jīng)過第二太赫茲透鏡后輻射到第二光導(dǎo)天線的光電導(dǎo)材料上； 第二光導(dǎo)天線，探測光經(jīng)過光學(xué)延遲線延遲后入射到透鏡上后聚焦輻射在第二光導(dǎo)天線的光電導(dǎo)材料上，通過探測光輻射在第二光導(dǎo)天線兩電極間的光導(dǎo)材料上產(chǎn)生自由載流子，與此同時自由空間傳播的攜帶樣品信息的太赫茲脈沖達時，既可以驅(qū)動載流子產(chǎn)生正比于太赫茲瞬間電場的光電流。
[0047]第一太赫茲透鏡與第二太赫茲透鏡的中心距P，第一太赫茲透鏡與第二太赫茲透鏡直徑為X，第三太赫茲透鏡的直徑Y(jié)滿足:Y>X+2P ;泵浦光光能量和探測光光能量對應(yīng)分別不超過第一光導(dǎo)天線、第二光導(dǎo)天線的能量閥值。
[0048]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【權(quán)利要求】
1.一種太赫茲光譜儀，其特征在于包括: 激光器，用于發(fā)射激光； 太赫茲轉(zhuǎn)換器，用于將激光器發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換為探測光和泵浦光；探測光比泵浦光有T時間延遲；所述T是皮秒級到納秒級； 太赫茲收發(fā)探頭，用于接收太赫茲轉(zhuǎn)換器輸出探測光和泵浦光，產(chǎn)生輻射太赫茲波進行樣品反射式探測和透射式探測，通過攜帶樣品信息的太赫茲波進行探測得到樣品光譜信息對應(yīng)的光電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太赫茲光譜儀，其特征在于所述太赫茲收發(fā)探頭包括第一光導(dǎo)天線、第二光導(dǎo)天線、第一太赫茲透鏡、第二太赫茲透鏡、第三太赫茲透鏡； 第一光導(dǎo)天線，泵浦光輻射在第一光導(dǎo)天線兩電極間的光電導(dǎo)材料上輻射出太赫茲脈沖；由第一光導(dǎo)天線輻射出的太赫茲脈沖經(jīng)過第一太赫茲透鏡、第三太赫茲透鏡后，入射至樣品表面反射后經(jīng)過第二太赫茲透鏡后輻射到第二光導(dǎo)天線的光電導(dǎo)材料上； 第二光導(dǎo)天線，探測光經(jīng)過光學(xué)延遲線延遲后入射到透鏡上后聚焦輻射在第二光導(dǎo)天線的光電導(dǎo)材料上，通過探測光輻射在第二光導(dǎo)天線兩電極間的光導(dǎo)材料上產(chǎn)生自由載流子；與此同時自由空間傳播的攜帶樣品信息的太赫茲脈沖也輻射在第二光導(dǎo)天線兩電極間的光導(dǎo)材料上，驅(qū)動載流子產(chǎn)生正比于太赫茲瞬間電場的光電流； 所述第一太赫茲透鏡與第二太赫茲透鏡的中心距P，第一太赫茲透鏡與第二太赫茲透鏡直徑為X，所 述第三太赫茲透鏡的直徑Y(jié)滿足:Y1X+2P ;泵浦光光能量和探測光光能量對應(yīng)分別不超過第一光導(dǎo)天線、第二光導(dǎo)天線的能量閥值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種太赫茲光譜儀，其特征在于所述第一太赫茲透鏡、第二太赫茲透鏡分別與第三太赫茲透鏡的焦距為8f或者4f。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太赫茲光譜儀，其特征在于所述太赫茲轉(zhuǎn)換器包括: 分光裝置，用于將激光器發(fā)射的激光分為為泵浦光、探測光，其中泵浦光通過第二透鏡8入射至太赫茲收發(fā)探頭一輸入端口，探測光入射至延遲角度轉(zhuǎn)換裝置中；所述泵浦光與分光裝置入射光光軸垂直；泵浦光通過第一透鏡入射至太赫茲收發(fā)探頭的探測光與分光裝置入射光光軸垂直； 延遲角度轉(zhuǎn)換裝置，用于將第一分光器輸出的探測光進行光信號T時間延遲，并將探測光延遲信號入射至太赫茲收發(fā)探頭另一輸入端口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太赫茲光譜儀，其特征在于所述分光裝置包括分光器及第一調(diào)整器，所述其中分光器指的是分束鏡或半反半透透鏡，第一調(diào)整器是第二-波片或者第二 I波片，第一調(diào)整器用于調(diào)節(jié)泵浦光和探測光的功率比。
4
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太赫茲光譜儀，其特征在于所述延遲角度轉(zhuǎn)換裝置包括延遲裝置和角度轉(zhuǎn)換裝置，延遲裝置是延遲線；角度轉(zhuǎn)換裝置是分束鏡、反射鏡或者半反半透透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種太赫茲光譜儀，其特征在于當(dāng)所述角度轉(zhuǎn)換裝置是分束鏡時，延遲角度轉(zhuǎn)換裝置還包括檢測裝置，所述分束鏡將延遲線輸出探測光進行功率分配，經(jīng)過分束鏡透射的探測光入射至檢測裝置，進行功率檢測；經(jīng)過分束鏡反射的探測光入射至太赫茲收發(fā)探頭另一輸入端口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的一種太赫茲光譜儀，其特征在于所述太赫茲轉(zhuǎn)換器還包括第一可調(diào)反射鏡、第二可調(diào)反射鏡、第二調(diào)整器，所述激光器發(fā)射激光依次經(jīng)過第一可調(diào)反射鏡、第二調(diào)整器、第二可調(diào)反射鏡后，調(diào)整激光進入分光裝置，所述激光器發(fā)射的激光與分光裝置入射方向為α，所述α范圍是O到180°，第二調(diào)整器是第一-波片。
9.一種太赫茲收發(fā)探頭，其特征在于此探頭用于接收太赫茲轉(zhuǎn)換器輸出探測光和泵浦光，進行樣品反射式探測和透射式探測，得到樣品光譜信息，所述太赫茲收發(fā)探頭包括第一光導(dǎo)天線、第二光導(dǎo)天線、第一太赫茲透鏡、第二太赫茲透鏡、第三太赫茲透鏡， 第一光導(dǎo)天線，泵浦光輻射在第一光導(dǎo)天線兩電極間的光電導(dǎo)材料上輻射出太赫茲脈沖；由第一光導(dǎo)天線輻射出的太赫茲脈沖經(jīng)過第一太赫茲透鏡、第三太赫茲透鏡后，入射至樣品表面反射后經(jīng)過第二太赫茲透鏡后輻射到第二光導(dǎo)天線的光電導(dǎo)材料上； 第二光導(dǎo)天線，探測光經(jīng)過光學(xué)延遲線延遲后入射到透鏡上后聚焦輻射在第二光導(dǎo)天線的光電導(dǎo)材料上，通過探測光輻射在第二光導(dǎo)天線兩電極間的光導(dǎo)材料上產(chǎn)生自由載流子，與此同時自由空間傳播的攜帶樣品信息的太赫茲脈沖也輻射在第二光導(dǎo)天線兩電極間的光導(dǎo)材料上，既可以驅(qū)動載流子產(chǎn)生正比于太赫茲瞬間電場的光電流； 所述第一太赫茲透鏡與第二太赫茲透鏡的中心距P，第一太赫茲透鏡與第二太赫茲透鏡直徑為X，所述第三太赫茲透鏡的直徑Y(jié)滿足:Υ>Χ + 2Ρ ;泵浦光光能量和探測光光能量對應(yīng)分別不超過第一光導(dǎo)天線、第二光導(dǎo)天線的能量閥值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所得一種太赫茲收發(fā)探頭，其特征在于所述第一太赫茲透鏡、第二太赫茲透鏡分別與第三太赫茲透鏡的`焦`距為8f或者4f。
【文檔編號】G01N21/27GK103743681SQ201410033989
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】雷江波, 孟坤, 朱禮國, 劉喬, 鐘森城, 翟召輝 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所