太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)，它包括飛秒激光器，設(shè)置在飛秒脈沖激光器輸出端的1/2波片與偏振分束器，偏振分束器將一束光分為泵浦光，和探測光，泵浦光經(jīng)泵浦光路匯聚到太赫茲發(fā)射器上，產(chǎn)生的太赫茲輻射波再經(jīng)波導(dǎo)測試模塊后，將太赫茲輻射波聚集于太赫茲探測器；太赫茲輻射波與探測光束共線耦合到太赫茲探測器上并進(jìn)而進(jìn)行測試；本發(fā)明還配置三個延遲臺系統(tǒng)可用于補償和改變測量波導(dǎo)時的光程差。本系統(tǒng)在太赫茲波導(dǎo)測試及應(yīng)用方面具有通用性強(qiáng)，搭建簡單，可多次重復(fù)使用，測量光譜范圍寬的特點。
【專利說明】太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)，是一種適用于對各類太赫茲波導(dǎo)能量、波 譜等光學(xué)性能開展測試實驗的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲是指頻率段在0. ITHz到ΙΟΤΗζ的電磁輻射波。太赫茲波由于具有瞬態(tài)性、 低能性和相干性等獨特性質(zhì)，在無損檢測、衛(wèi)星通信、軍用雷達(dá)、醫(yī)療衛(wèi)生等眾多領(lǐng)域具有 重大的科學(xué)價值和廣闊的應(yīng)用前景。這其中，太赫茲波導(dǎo)作為傳輸太赫茲波的有效手段，是 研究物質(zhì)太赫茲光譜、進(jìn)行物質(zhì)檢測和探測的關(guān)鍵器件。
[0003] 目前，國內(nèi)外針對太赫茲波導(dǎo)寬光譜傳輸性能的研究主要采用太赫茲時域光譜系 統(tǒng)。2011年Ja-YuLu等人的文章中介紹了一種目前比較普遍的波導(dǎo)測試系統(tǒng)。其被測波 導(dǎo)被放置在太赫茲時域光譜系統(tǒng)中兩個離軸鍍金拋面鏡之間，利用一面聚乙烯透鏡將太赫 茲波匯聚進(jìn)入被測波導(dǎo)[Ja-Yu-Lu，0E，Vol. 19No. 1，2011]。該系統(tǒng)搭建復(fù)雜，在測試不同 長度類型的波導(dǎo)時需要重復(fù)搭建；由于系統(tǒng)中采用聚乙烯透鏡，將在自由空間傳播的太赫 茲波匯聚，進(jìn)而耦合進(jìn)入被測波導(dǎo)的方式，這種方式使得太赫茲耦合效率低，太赫茲波損失 較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種具有高效率波 導(dǎo)耦合器，且通用強(qiáng)，無需重復(fù)搭建便可實現(xiàn)光路補償?shù)奶掌澆▽?dǎo)測試系統(tǒng)。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)，其特征在于，包括一罩體以及安裝在罩體內(nèi)按光路依 序布設(shè)的飛秒脈沖激光器，1/2波片，偏振分束器，分列的泵浦光路裝置和探測光路裝置，硅 片，太赫茲探測器和數(shù)據(jù)采集單元，還包括置于罩體外的數(shù)據(jù)處理計算機(jī)，其中，探測光路 裝置中設(shè)有第三延遲臺模塊，泵浦光路裝置包含有太赫茲發(fā)射器和波導(dǎo)測試單元，波導(dǎo)測 試單元中設(shè)有第二延遲臺模塊，通過第三延遲臺模塊和第二延遲臺模塊調(diào)整泵浦光路與探 測光路光程相等。
[0007] 所述太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)，泵浦光路裝置中包括依序置于泵浦光路中的第一平面 鏡反射鏡（4)、第二平面反射鏡（5)、第一延遲臺模塊￠)、第一石英平凸透鏡（7)、太赫茲發(fā) 射器（8)和波導(dǎo)測試單元（9)，被測波導(dǎo)置于波導(dǎo)測試單元中，泵浦光路裝置接收偏振分束 器（3)出射的泵浦光，將泵浦光轉(zhuǎn)為太赫茲波通過被測波導(dǎo)，并最終出射透過硅片（15)與 探測光路的光匯合為匯聚光路L3聚焦到太赫茲探測器（16)上。
[0008] 所述波導(dǎo)測試單元（9)包括有太赫茲波導(dǎo)耦合器（9-1)，兩個太赫茲波導(dǎo)夾持 器（9-2、9-3)，第二延遲臺模塊（9-4)，第一鍍銀平面反射鏡（9-5)和第一鍍金離軸拋面鏡 (9-6);太赫茲波導(dǎo)耦合器（9-1)與太赫茲發(fā)射器（8)相連接，并設(shè)置在太赫茲發(fā)射器（8) 的發(fā)射端面一側(cè)，將太赫茲輻射波匯聚收集；被測波導(dǎo)由兩個波導(dǎo)夾持器（9-2、9-3)進(jìn)行 固定并與太赫茲波導(dǎo)耦合器（9-1)出射端水平對位，第二延遲模塊（9-4)位于被測波導(dǎo)的 另一端。
[0009] 第二延遲模塊（9-4)由第二延遲臺（941)、定位固定在第二延遲臺（941)上的第二 鍍金離軸拋面鏡（942)和第二鍍銀平面反射鏡（943)組成；其中，第二延遲臺（941)設(shè)有滑 軌以實現(xiàn)在被測波導(dǎo)軸向方向的位移。
[0010] 第二鍍金離軸拋面鏡（942)位于距離被測波導(dǎo)出射端面153mm處，第二鍍銀平面 反射鏡（943)位于第二鍍金離軸拋面鏡（942)后50mm處，將第二鍍金離軸拋面鏡（942)出 射的具有一定寬度的平行太赫茲輻射波改變90度射出至第一鍍銀平面反射鏡（9-5)上。 [0011] 所述波導(dǎo)耦合器（9-1)具有一個錐形輸入端（911)、一個根據(jù)被測波導(dǎo)不同端面 形狀而改變的耦合輸出端（912)，以及一個用于固定太赫茲發(fā)射器（8)的發(fā)射器固定架，輸 入端（911)為錐形通孔，大口徑端朝向太赫茲發(fā)射器（8)，小口徑端連接耦合輸出端（912)， 耦合輸出端（912)朝向被測波導(dǎo)并與被測波導(dǎo)水平對位；所述耦合輸出端（912)為一空心 圓柱體、兩塊平行的平板或一空心矩形體，圓柱體直徑或上下板間距小于被測波導(dǎo)的截面 尺寸。
[0012] 所述第一延遲臺模塊（6)由第一延遲臺（6-1)、兩塊補償平面反射鏡（6-2)、6-3組 成；兩塊補償平面反射鏡出-2、6-3)對位固定在第一延遲臺（6-1)上位于其中部，兩塊平面 反射鏡一端相交，另一端呈開口狀，兩塊相交的平面反射鏡之間的夾角為90度，一塊補償 平面反射鏡（6-2)將第二平面反射鏡（5)出射的飛秒激光束反射入另一塊補償平面反射鏡 (6-3)，并將光束傳播方向改變90度，由另一補償平面反射鏡（6-3)再將飛秒激光束改變90 度反射至石英平凸透鏡（7);第一延遲臺（6-1)設(shè)有滑軌，可沿入射飛秒光束傳播方向進(jìn)行 線性往復(fù)運動。
[0013] 探測光路裝置包括在探測光路中依序設(shè)置的第三平面反射鏡（10)、第三延遲臺模 塊（11)、第四平面反射鏡（12)、偏振片（13)和第二石英平凸透鏡（14);探測光路裝置接收 偏振分束器（3)出射的探測光L2并改變光束方向最終出射至硅片（15)，與透過硅片（15) 的太赫茲輻射波匯合為匯聚光L3聚焦到太赫茲探測器（16)上。
[0014] 第三延遲臺模塊（11)由第三延遲臺（11-1)、固定在第三延遲臺（11-1)上位于其 中部的兩塊對位的補償平面反射鏡（11-2U1-3)組成，兩塊平面反射鏡一端相交，另一端 呈開口狀，兩塊相交的平面反射鏡之間的夾角為90度；第三延遲臺（11-1)設(shè)有滑軌，沿入 射光束傳播方向進(jìn)行線性往復(fù)運動改變探測光路光程。
[0015] 飛秒激光器1發(fā)出光源，1/2波片（2)和偏振分束器（3)依序間隔一定距離置于飛 秒激光器（1)的發(fā)射端；太赫茲探測器（16)接收探測光束與太赫茲輻射波共線耦合的匯聚 光，輸出至數(shù)據(jù)采集及處理單元（17)進(jìn)行光電信號轉(zhuǎn)換，進(jìn)而通過計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以 獲取被測波導(dǎo)的各種光學(xué)性能參數(shù)。
[0016] 由于采用了如上的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果如下：1、采用錐形設(shè)計的波導(dǎo)耦 合器，將太赫茲波更加有效的匯聚到了待測波導(dǎo)中，其耦合效率可達(dá)95%以上，并可以適應(yīng) 不同端面的太赫茲波導(dǎo)，提升了測試波導(dǎo)的種類。2、采用了三個電動延遲臺設(shè)計，其中第 二、第三延遲臺及其所屬元件可以實現(xiàn)針對不同長度波導(dǎo)的測試，進(jìn)行有效的光程補償，其 補償范圍從0到1500mm，極大改善了測試波導(dǎo)的長度限制，避免了對系統(tǒng)的重復(fù)搭建。3、采 用光導(dǎo)天線太赫茲發(fā)射器輻射太赫茲波，使得太赫茲頻譜寬度達(dá)到3. OTHz，為測試波導(dǎo)的 寬光譜傳輸性能提供了基礎(chǔ)保障。4、在本發(fā)明的整個系統(tǒng)裝罩體，留有進(jìn)氣口，系統(tǒng)可充氮 氣或干燥空氣，從而可以避免空氣中水對太赫茲的吸收，進(jìn)一步提高測量精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)實例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意框圖
[0018] 圖2為本發(fā)明波導(dǎo)測試模塊的組裝結(jié)構(gòu)圖
[0019] 圖3為本發(fā)明第一延遲系統(tǒng)的組裝結(jié)構(gòu)圖
[0020] 圖4為本發(fā)明第三延遲系統(tǒng)的組裝結(jié)構(gòu)圖
[0021] 圖5A為發(fā)明中太赫茲耦合器立體結(jié)構(gòu)示意圖
[0022] 圖5B為圖5A中A-A向剖面結(jié)構(gòu)示意圖
[0023] 圖5C為圖5A的左側(cè)視圖

【具體實施方式】
[0024] 以下通過實例和附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。為便于理解，本發(fā) 明中元件位置關(guān)系定義光路入射方向為"前"，出射方向為"后"。
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明的太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)包括一罩體（圖中未顯示）以及安裝 在罩體內(nèi)的飛秒脈沖激光器1，1/2波片2,偏振分束器3,包含有第一延遲臺模塊6、基于光 導(dǎo)天線的太赫茲發(fā)射器8、波導(dǎo)測試單元9的泵浦光路裝置，包含有第三延遲臺模塊11的探 測光路裝置，硅片15,太赫茲探測器16和數(shù)據(jù)采集單元17,還包括數(shù)據(jù)處理計算機(jī)18。其 中：
[0026] 罩體可用于封閉系統(tǒng)，罩體上留有進(jìn)氣口，系統(tǒng)可充氮氣或干燥空氣，從而可以避 免空氣中水對太赫茲的吸收，進(jìn)一步提高測量精度。另外，罩體也便于其他部件的固定安 裝。
[0027] 由飛秒脈沖激光器1為鈦藍(lán)寶石飛秒激光器，其發(fā)出光源，輸出的飛秒脈沖重復(fù) 頻率為80MHz，脈沖寬度120fs，波長800nm，輸出功率150mW ;1/2波片2和偏振分束器3依 序間隔一定距離置于飛秒脈沖激光器1的發(fā)射端，飛秒光脈沖經(jīng)過1/2波片2進(jìn)入偏振分 束器3,飛秒光經(jīng)偏振分束器3分為兩束：一束為泵浦光L1 (圖1顯示向左一束，該束光走 向稱為泵浦光路L1)，占激光輸出功率的80%，另一束為探測光L2(圖1顯示向上一束，該 束光走向稱為探測光路L2)，占激光輸出功率的20% ;
[0028] 由泵浦光路裝置實現(xiàn)泵浦光L1的傳送及太赫茲波的產(chǎn)生與傳送。來自偏振分束 器3的泵浦光L1經(jīng)過第一平面鏡反射鏡4、第二平面反射鏡5、第一延遲臺模塊6、第一石英 平凸透鏡7后，匯聚到基于光導(dǎo)天線的太赫茲發(fā)射器8上，利用光導(dǎo)天線輻射太赫茲波；產(chǎn) 生的太赫茲輻射波進(jìn)入波導(dǎo)測試單元9,再透過硅片15最終太赫茲輻射波聚焦到太赫茲探 測器16上。這里，第一平面鏡反射鏡4位于偏振分束器3出射泵浦光L1水平位置，將水平 泵浦光L1改變90度成垂直泵浦光（圖1顯示為向下），第二平面反射鏡5位于第一平面反 射鏡4下部，將向下的泵浦光L1改變90度成水平泵浦光（圖1顯示為向右）射入第一延 遲臺模塊6,第一延遲臺模塊6中包括兩塊對位可在水平方向位移的平面反射鏡（參見圖3 及相關(guān)描述），可通過位移調(diào)整光路長短，并將泵浦光L1反向（圖1顯示為向左）射入光路 中依序擺放的第一石英平凸透鏡7和太赫茲發(fā)射器8,由太赫茲發(fā)射器8產(chǎn)生的太赫茲輻射 波進(jìn)入波導(dǎo)測試單元9中水平放置的被測波導(dǎo)，再經(jīng)過波導(dǎo)測試單元9中的多個器件（參 見圖2及相關(guān)描述），太赫茲輻射波最終透過斜向（與太赫茲輻射波呈45度角）放置的硅 片15聚焦到置于其后（本發(fā)明中，定義光路入射方向為"前"，出射方向為"后"）的太赫茲 探測器16上。
[0029] 由探測光路裝置實現(xiàn)探測光L2的傳送。來自偏振分束器3的探測光L2經(jīng)由第 三平面反射鏡10、第三延遲臺模塊11、第四平面反射鏡12、偏振片13和第二石英平凸透鏡 14,再經(jīng)過硅片15形成了探測光路L2,該探測光束最終與來自泵浦光路L1透過硅片15的 太赫茲輻射波匯合聚焦到太赫茲探測器16上。這里，第三平面鏡反射鏡10位于偏振分束 器3出射探測光L2 (圖1顯示為向上位置），將向上的探測光L2改變90度成水平探測光 (圖1顯示為向右），射入第三延遲臺模塊11，第三延遲臺模塊11中包括兩塊對位可在水平 方向位移的平面反射鏡（參見圖5及相關(guān)描述），可通過位移調(diào)整光路長短，并將探測光L2 反向（圖1顯示為向左）射入光路中的第四平面反射鏡12,將探測光L2再次改變90度向 下，并射入光路中依序擺放的偏振片13、第二石英平凸透鏡14與硅片15,硅片15置于與探 測光L2和太赫茲輻射波呈45度的位置，最終與透過硅片15的太赫茲輻射波匯合聚焦到置 于匯聚光路L3上的太赫茲探測器16上。
[0030] 探測光束與太赫茲輻射波共線耦合到太赫茲探測器16上，利用光整流效應(yīng)對太 赫茲的時域電場進(jìn)行光學(xué)采樣，探測到的太赫茲時域光信號通過太赫茲探測器16輸出至 位于其后的數(shù)據(jù)采集及處理單元17進(jìn)行光電信號轉(zhuǎn)換，由計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以獲取被 測波導(dǎo)的各種光學(xué)性能參數(shù)（太赫茲探測器16是一塊非線性晶體，通過光學(xué)整流的方式， 將太赫茲波的信號轉(zhuǎn)換到探測光L2上，進(jìn)而L2的光信號被后面的數(shù)據(jù)采集及處理單元17 接收，通過光電轉(zhuǎn)換獲得電信號數(shù)據(jù)，利用鎖相放大器提高信號的信噪比，之后將這些信息 傳遞給計算機(jī)）。
[0031] 所用的數(shù)據(jù)采集單元17為已有設(shè)計，由輸入端依次在光路中設(shè)置有1/4波片 17-1、第三石英平凸透鏡17-2、渥拉斯頓棱鏡17-3和差分探測器17-4,由差分探測器17-4 接收探測光束與太赫茲輻射波共線耦合光并將其轉(zhuǎn)換為電信號，電連接鎖相放大器17-5， 最終將探測數(shù)據(jù)輸出至計算機(jī)18,通過其運算并顯示出來。
[0032] 在上述太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)中，被測波導(dǎo)置于波導(dǎo)測試單元9中實現(xiàn)測試。如圖 2所示，本發(fā)明中所用的波導(dǎo)測試單元9包括有太赫茲波導(dǎo)耦合器9-1，兩個太赫茲波導(dǎo)夾 持器9-2、9-3,第二延遲臺模塊9-4,第一鍍銀平面反射鏡9-5,和第一鍍金離軸拋面鏡9-6。 太赫茲波導(dǎo)耦合器9-1與太赫茲發(fā)射器8相連接，并設(shè)置在太赫茲發(fā)射器8的發(fā)射端面一 側(cè)，將太赫茲輻射波匯聚收集；被測波導(dǎo)由兩個波導(dǎo)夾持器9-2、9-3進(jìn)行固定，兩個波導(dǎo)夾 持器9-2、9-3的位置可以隨被測波導(dǎo)的長短進(jìn)行調(diào)整，被測波導(dǎo)與太赫茲波導(dǎo)耦合器9-1 出射端水平對位，太赫茲波導(dǎo)耦合器9-1將收集并耦合的太赫茲輻射波進(jìn)入被測波導(dǎo)中， 并使經(jīng)過被測波導(dǎo)出射后的太赫茲輻射波沿入射方向傳播；如此，上述經(jīng)過被測波導(dǎo)出射 的太赫茲輻射波進(jìn)入第二延遲模塊9-4。
[0033] 結(jié)合圖3所示，第二延遲模塊9-4由第二延遲臺941、第二鍍金離軸拋面鏡942、第 二鍍銀平面反射鏡943組成。其中，第二延遲模塊9-4上的第二鍍金離軸拋面鏡942距離 被測波導(dǎo)出射端面153mm處設(shè)置，其將被測波導(dǎo)出射的太赫茲輻射波進(jìn)行收集，產(chǎn)生具有 一定寬度的平行光束，并將光束傳播方向改變90度；在第二鍍金離軸拋面鏡942后（光束 出射方向）50mm處設(shè)置第二鍍銀平面反射鏡943,其將第二鍍金離軸拋面鏡942出射的具 有一定寬度的平行太赫茲輻射波改變90度射出至第一鍍銀平面反射鏡9-5上；第二鍍金離 軸拋面鏡942和第二鍍銀平面反射鏡943均定位固定在第二延遲臺941上，該第二延遲臺 941設(shè)有滑軌，可沿由被測波導(dǎo)入射的太赫茲輻射波傳播方向進(jìn)行線性往復(fù)運動，并通過上 面搭載的鍍金離軸拋面鏡942、鍍銀平面反射鏡943將入射的太赫茲輻射波的傳播方向改 變180度后出射至第一鍍銀平面反射鏡9-5。在實際檢測中，由于被測波導(dǎo)的長短不相同， 通過第二延遲臺941的位移可以改變（通常為延長）泵浦光路L1的光程。
[0034] 第一鍍銀反射鏡9-5設(shè)置在上述第二鍍銀平面反射鏡942后500mm，并將由第二延 遲模塊9-4出射的具有一定寬度的平行太赫茲輻射波改變90度反射入位于其后的第一鍍 金離軸拋面鏡9-6上；第一鍍金離軸拋面鏡9-6在距第一鍍銀反射鏡9-5后50mm處設(shè)置， 并將光束在傳播方向改變90度，將具有一定寬度的平行太赫茲輻射波透過硅片15與探測 光路的光束一同匯聚到位于其后的太赫茲探測器16上。
[0035] 這里，硅片15實際上是在反射探測路L2的光束，即由反射鏡12反射的探測光通 過偏振片13,透鏡14后，再經(jīng)過硅片15的反射進(jìn)入太赫茲探測器16上。通過硅片15后探 測路的光束就與太赫茲共線重合傳播，并一起進(jìn)入太赫茲探測器16上。
[0036] 本發(fā)明中，所用的波導(dǎo)耦合器9-1的構(gòu)成如圖5A、圖5B和圖5C所示。該太赫茲波 導(dǎo)耦合器9-1整體由長方體合金或金屬（鋁、鐵、銅）塊加工而成，具有一個錐形太赫茲波 輸入端911、一個可根據(jù)被測波導(dǎo)不同端面形狀而改變的太赫茲波耦合輸出端912,以及一 個用于固定太赫茲發(fā)射器8的發(fā)射器固定臺913。其中，為方便固定太赫茲發(fā)射器8,發(fā)射 器固定臺913設(shè)計為臺階狀，太赫茲發(fā)射器8可以放置在下臺階上，下臺階對應(yīng)位置可以設(shè) 螺紋孔914,用螺釘將太赫茲發(fā)射器8固定在下臺階上。輸入端911為設(shè)于上臺階中的錐形 通孔，大口徑端朝向太赫茲發(fā)射器8為其輸入端面，其直徑最大可為20_，錐形通孔長度為 15mm-30mm，錐角為10°?40°，小口徑端連接耦合輸出端912,朝向被測波導(dǎo)并與被測波 導(dǎo)水平對位，該耦合輸出端912可為一空心圓柱體，也可為兩塊平行的平板或空心矩形體， 長度為4mm，圓柱體直徑或上下板間距小于被測波導(dǎo)的截面尺寸，例如為2mm(可根據(jù)實際 使用需要設(shè)定），被測波導(dǎo)插入耦合輸出端912。使用中，由太赫茲發(fā)射器8產(chǎn)生的太赫茲 波輻射進(jìn)入波導(dǎo)耦合器9-1的錐形輸入端911通過其錐形通孔的設(shè)計進(jìn)行匯聚收集，被測 波導(dǎo)外插入耦合輸出端912,太赫茲輻射波經(jīng)過波導(dǎo)耦合器9-1輸出端進(jìn)入被測波導(dǎo)。
[0037] 所用的波導(dǎo)夾持器9-2、9_3選用由大恒新紀(jì)元科技股份有限公司生產(chǎn)的，型號為 GCM-5702產(chǎn)品；鍍金離軸拋面鏡942、9-6選用由Newport (美國紐波特公司）生產(chǎn)的，型 號為50331AU的產(chǎn)品；第二延遲臺941選用由Newport (美國紐波特公司）生產(chǎn)的，型號為 M-ILS150PP的產(chǎn)品；鍍銀平面反射鏡943、9-5是由在一塊50mmX50mm的平面上均勻蒸鍍 一層厚200nm的銀而成，其對太赫茲輻射波的反射效率可達(dá)95%。
[0038] 在本發(fā)明的太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)中，為調(diào)整泵浦光L1和探測光L2的光程，在光路 中分別設(shè)有光路補償系統(tǒng)，即設(shè)于泵浦光L1光路中的第二延遲臺模塊9-4 (參見前面對圖 3中第二延遲模塊9-4的描述）和設(shè)于探測光L2光路中的第三延遲臺模塊11。另外，還設(shè) 計了實際測量時的光譜掃描的裝置第一延遲臺模塊6。
[0039] 如圖3所示，第一延遲臺模塊6由第一延遲臺6-1、兩塊補償平面反射鏡6-2、6_3 組成。兩塊補償平面反射鏡6-2、6-3對位固定在第一延遲臺6-1上位于其中部，兩塊平面 反射鏡一端相交，另一端呈開口狀，兩塊相交的平面反射鏡之間的夾角為90度，一塊補償 平面反射鏡6-2將第二平面反射鏡5出射的飛秒激光束反射入另一塊補償平面反射鏡6-3， 并將光束傳播方向改變90度，由另一補償平面反射鏡6-3再將飛秒激光束改變90度反射 至石英平凸透鏡7 ;第一延遲臺6-1設(shè)有滑軌，可沿入射飛秒光束傳播方向進(jìn)行線性往復(fù) 運動，并通過上面搭載的兩塊補償平面反射鏡6-2、6-3將入射的飛秒光束的傳播方向改變 180度后出射，通過第一延遲臺6-1的位移用于實際測量時的光譜掃描。
[0040] 如圖4所示，與第一延遲臺模塊6構(gòu)成類似，第三延遲臺模塊11由第三延遲臺 1卜1、兩塊補償平面反射鏡1卜2、11-3組成。兩塊補償平面反射鏡11-2、11-3固定在第二 延遲臺11-1上位于其中部，兩塊平面反射鏡一端相交，另一端呈開口狀，兩塊相交的平面 反射鏡之間的夾角為90度，一塊補償平面反射鏡11-2將第三平面反射鏡10出射的飛秒激 光束反射入另一塊補償平面反射鏡11-3,并將光束傳播方向改變90度，由另一補償平面反 射鏡11-3再將飛秒激光束改變90度反射至第四平面反射鏡12 ;第三延遲臺11-1設(shè)有滑 軌，可沿入射飛秒光束傳播方向進(jìn)行線性往復(fù)運動，并通過上面搭載的兩塊補償平面反射 鏡11-2、11-3將入射的飛秒光束的傳播方向改變180度后出射，通過第三延遲臺11-1的位 移以實現(xiàn)探測光路的光程改變。第三延遲臺11-1的作用是為了補償因第二延遲臺941延 長的泵浦光路與探測光路光程差，使泵浦光路與探測光路光程相等。
[0041] 這里，所用第一延遲臺6-1、第三延遲11-1選用由Newport (美國紐波特公司）生 產(chǎn)的，型號為M-ILS150PP的產(chǎn)品；補償平面反射鏡6-2、6-3、11-2、11-3選用由大恒新紀(jì)元 科技股份有限公司生產(chǎn)的，型號為GCC-101112的產(chǎn)品。
[0042] 本發(fā)明中，所用的鈦藍(lán)寶石飛秒激光器1選用由Spectra-Physics (美國光譜物理 公司）生產(chǎn)的，型號為MaiTai鈦藍(lán)寶石飛秒激光器；1/2波片2選用由Newport (美國紐波 特公司）生產(chǎn)的，型號為10PR52-2的產(chǎn)品；偏振分束器3選用由Newp〇rt(美國紐波特公 司）生產(chǎn)的，型號為05FC16PB. 5的產(chǎn)品；構(gòu)成泵浦光路所用的平面反射鏡4、5選用由大恒 新紀(jì)元科技股份有限公司生產(chǎn)的，型號為GCC-101112的產(chǎn)品；石英平凸透鏡7選用由大恒 新紀(jì)元科技股份有限公司生產(chǎn)的，型號為GCL-010810的產(chǎn)品；基于光導(dǎo)天線的太赫茲發(fā)射 器8選用由Zomega(美國佐米伽公司）生產(chǎn)的，型號為LT-GaAs的產(chǎn)品。
[0043] 太赫茲探測器16選用由Zomega(美國佐米伽公司）生產(chǎn)的，型號為ZnTe的 太赫茲探測器（基于銻化鋅晶體的太赫茲探測器）；構(gòu)成探測光路所用的硅片15選用 由Zomega(美國佐米伽公司）生產(chǎn)的，型號為Silicon Lens娃片；石英平凸透鏡14選用 由大恒新紀(jì)元科技股份有限公司生產(chǎn)的，型號為GCL-010810的產(chǎn)品；偏振片13選用由 Newport(美國紐波特公司）生產(chǎn)的，型號為05P109AR. 16偏振片；平面反射鏡13、12選用 由大恒新紀(jì)元科技股份有限公司生產(chǎn)的，型號為GCC-101112的產(chǎn)品。
[0044] 數(shù)據(jù)采集及處理單元17中所用1/4波片17-1選用由Newport (美國紐波特公司） 生產(chǎn)的，型號為10RP54-2的產(chǎn)品；石英平凸透鏡17-2選用由大恒新紀(jì)元科技股份有限公司 生產(chǎn)的，型號為GCL-010810的產(chǎn)品；渥拉斯頓棱鏡17-3選用Throlab (美國索雷博公司） 生產(chǎn)的，型號為WP10的產(chǎn)品；鎖相放大器17-5選用由Stanford(美國斯坦福德公司）生產(chǎn) 的，型號為SR830的產(chǎn)品。所用的差分探測器17-4可使用已有的商用產(chǎn)品（例如Zomega 公司的一套集成有1/4波片、沃拉斯頓棱鏡和差分探測器的太赫茲時域光譜探測模塊），出 于成本考慮，也可使用設(shè)有兩個串聯(lián)的光電二極管的自制探測器，其輸入端接收由渥拉斯 頓棱鏡17-3輸出的兩束偏振方向互相垂直的光強(qiáng)信號，分別照射到兩個光電二極管上，由 光電二極管把光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)化為電信號，電信號通過一根同軸電纜線輸入至鎖相放大器17-5 的差分輸入端口上，信號放大后輸入至計算機(jī)18內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。計算機(jī)18可選用由聯(lián) 想計算機(jī)公司生產(chǎn)的，型號為Thinkpad s230u的產(chǎn)品。
[0045] 利用本發(fā)明上述太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)對被測波導(dǎo)進(jìn)行測試，按以下操作過程：
[0046] 步驟一：系統(tǒng)參考信號掃描。打開激光器1，將第二延遲臺942和第三延遲臺11-1 初始位置設(shè)置為〇mm，此時不用放置被測波導(dǎo)，利用計算機(jī)控制第一延遲臺6-1和鎖相放大 器17-5進(jìn)行參考光譜掃描。
[0047] 步驟二：放入被測波導(dǎo)。將被測波導(dǎo)接入波導(dǎo)耦合器9-1的輸出端，并利用波導(dǎo)夾 持器9-2、9-3對其進(jìn)行固定。根據(jù)被測波導(dǎo)的長度，將第二延遲臺模塊9-4中第二延遲臺 941向后（圖1中的左側(cè)）移動，保證被測波導(dǎo)左端面與第二鍍金離軸拋面鏡942的距離為 153mm，記錄第二延遲臺942的移動距離。
[0048] 步驟三：將第三延遲臺模塊11上的第三延遲臺11-1向右移動，移動距離與步驟二 中第二延遲臺941移動距離一致。
[0049] 步驟四，利用計算機(jī)控制第一延遲臺6-1和鎖相放大器17-5進(jìn)行光譜掃描。與步 驟一中的參考光譜比對可以得到被測波導(dǎo)的太赫茲光譜特性。
[0050] 說明：如需測量其他長度的波導(dǎo)，則只需要重復(fù)步驟二、三、四即可。
[0051] 以上操作可見，本發(fā)明非常方便使用，在針對不同長度波導(dǎo)進(jìn)行測試時，僅需調(diào)整 第二、第三延遲臺即可進(jìn)行有效的光程補償（其補償范圍最長可達(dá)1500mm)，極大改善了測 試波導(dǎo)的長度限制，避免了對系統(tǒng)的重復(fù)搭建。
[0052] 另外，本發(fā)明由于采用了精巧設(shè)計的波導(dǎo)耦合器，能將太赫茲波更加有效的匯聚 到了待測波導(dǎo)中，耦合效率可達(dá)95%以上；且由于該波導(dǎo)耦合器輸出端截面、形式可以變 化，可以適應(yīng)不同端面的太赫茲波導(dǎo)測試，提升了測試波導(dǎo)的種類。
【權(quán)利要求】
1. 一種太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)，其特征在于，包括一罩體以及安裝在罩體內(nèi)按光路依序 布設(shè)的飛秒脈沖激光器（1)，1/2波片（2)，偏振分束器（3)，分列的泵浦光路裝置和探測光 路裝置，硅片（15)，太赫茲探測器（16)和數(shù)據(jù)采集單元（17)，還包括置于罩體外的數(shù)據(jù)處 理計算機(jī)（18)，其中，探測光路裝置中設(shè)有第三延遲臺模塊（11)，泵浦光路裝置包含有太 赫茲發(fā)射器（8)和波導(dǎo)測試單元（9)，波導(dǎo)測試單元（9)中設(shè)有第二延遲臺模塊（9-4)，通 過第三延遲臺模塊（11)和第二延遲臺模塊（9-4)調(diào)整泵浦光路與探測光路光程相等。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)，其特征在于，泵浦光路裝置中包括依序 置于泵浦光路中的第一平面鏡反射鏡（4)、第二平面反射鏡（5)、第一延遲臺模塊￠)、第一 石英平凸透鏡（7)、太赫茲發(fā)射器（8)和波導(dǎo)測試單元（9)，被測波導(dǎo)置于波導(dǎo)測試單元中， 泵浦光路裝置接收偏振分束器（3)出射的泵浦光，將泵浦光轉(zhuǎn)為太赫茲波通過被測波導(dǎo)， 并最終出射透過硅片（15)與探測光路的光匯合為匯聚光路L3聚焦到太赫茲探測器（16) 上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述波導(dǎo)測試單元（9)包括 有太赫茲波導(dǎo)耦合器（9-1)，兩個太赫茲波導(dǎo)夾持器（9-2、9-3)，第二延遲臺模塊（9-4)，第 一鍍銀平面反射鏡（9-5)和第一鍍金離軸拋面鏡（9-6);太赫茲波導(dǎo)稱合器（9-1)與太赫 茲發(fā)射器（8)相連接，并設(shè)置在太赫茲發(fā)射器（8)的發(fā)射端面一側(cè)，將太赫茲輻射波匯聚收 集；被測波導(dǎo)由兩個波導(dǎo)夾持器（9-2、9-3)進(jìn)行固定并與太赫茲波導(dǎo)耦合器（9-1)出射端 水平對位，第二延遲模塊（9-4)位于被測波導(dǎo)的另一端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)，其特征在于，第二延遲模塊（9-4)由第 二延遲臺（941)、定位固定在第二延遲臺（941)上的第二鍍金離軸拋面鏡（942)和第二鍍銀 平面反射鏡（943)組成；其中，第二延遲臺（941)設(shè)有滑軌以實現(xiàn)在被測波導(dǎo)軸向方向的位 移。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)，其特征在于，第二鍍金離軸拋面鏡（942) 位于距離被測波導(dǎo)出射端面153mm處，第二鍍銀平面反射鏡（943)位于第二鍍金離軸拋面 鏡（942)后50mm處，將第二鍍金離軸拋面鏡（942)出射的具有一定寬度的平行太赫茲輻射 波改變90度射出至第一鍍銀平面反射鏡（9-5)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述波導(dǎo)耦合器 (9-1)具有一個錐形輸入端（911)、一個根據(jù)被測波導(dǎo)不同端面形狀而改變的耦合輸出端 (912)，以及一個用于固定太赫茲發(fā)射器（8)的發(fā)射器固定架，輸入端（911)為錐形通孔，大 口徑端朝向太赫茲發(fā)射器（8)，小口徑端連接耦合輸出端（912)，耦合輸出端（912)朝向被 測波導(dǎo)并與被測波導(dǎo)水平對位；所述耦合輸出端（912)為一空心圓柱體、兩塊平行的平板 或一空心矩形體，圓柱體直徑或上下板間距小于被測波導(dǎo)的截面尺寸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2至6任一所述太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述第一延遲臺 模塊￠)由第一延遲臺￠-1)、兩塊補償平面反射鏡出-2、6-3)組成；兩塊補償平面反射鏡 (6-2、6-3)對位固定在第一延遲臺￠-1)上位于其中部，兩塊平面反射鏡一端相交，另一端 呈開口狀，兩塊相交的平面反射鏡之間的夾角為90度，一塊補償平面反射鏡￠-2)將第二 平面反射鏡（5)出射的飛秒激光束反射入另一塊補償平面反射鏡（6-3)，并將光束傳播方 向改變90度，由另一補償平面反射鏡￠-3)再將飛秒激光束改變90度反射至石英平凸透 鏡（7);第一延遲臺（6-1)設(shè)有滑軌，可沿入射飛秒光束傳播方向進(jìn)行線性往復(fù)運動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)，其特征在于，探測光路裝置包括在探測 光路中依序設(shè)置的第三平面反射鏡（10)、第三延遲臺模塊（11)、第四平面反射鏡（12)、偏 振片（13)和第二石英平凸透鏡（14);探測光路裝置接收偏振分束器（3)出射的探測光L2 并改變光束方向最終出射至硅片（15)，與透過硅片（15)的太赫茲輻射波匯合為匯聚光L3 聚焦到太赫茲探測器（16)上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)，其特征在于，第三延遲臺模塊（11)由第 三延遲臺（11-1)、固定在第三延遲臺（11-1)上位于其中部的兩塊對位的補償平面反射鏡 (11-2U1-3)組成，兩塊平面反射鏡一端相交，另一端呈開口狀，兩塊相交的平面反射鏡之 間的夾角為90度；第三延遲臺（11-1)設(shè)有滑軌，沿入射光束傳播方向進(jìn)行線性往復(fù)運動改 變探測光路光程。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9任一所述太赫茲波導(dǎo)測試系統(tǒng)，其特征在于，飛秒激光器（1) 發(fā)出光源，1/2波片（2)和偏振分束器（3)依序間隔一定距離置于飛秒激光器（1)的發(fā)射 端；太赫茲探測器（16)接收探測光束與太赫茲輻射波共線耦合的匯聚光，輸出至數(shù)據(jù)采集 及處理單元（17)進(jìn)行光電信號轉(zhuǎn)換，進(jìn)而通過計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以獲取被測波導(dǎo)的各 種光學(xué)性能參數(shù)。
【文檔編號】G01M11/02GK104048814SQ201410290290
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】和挺, 陳天霽, 劉婧, 張波, 沈京玲 申請人:首都師范大學(xué)