一種太赫茲頻域光譜儀的制作方法
【專利摘要】一種太赫茲頻域光譜儀，包括：激光器、兩個(gè)光纖耦合器、光開關(guān)、移頻環(huán)、帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器、帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)太赫茲聚焦元件；其中，激光器輸出的連續(xù)光經(jīng)光纖耦合器分為第一路和第二路，第一路輸入光開關(guān)產(chǎn)生光脈沖，通過移頻環(huán)后產(chǎn)生一系列在時(shí)間上等間隔且在頻率上等間隔增加的光脈沖，這些光脈沖與第二路光一起通過光纖耦合器被分為第三路和第四路，輻射在帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器上，產(chǎn)生光生載流子，在太赫茲電場的加速下，加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流，測得電流即測得了太赫茲電場，從電流時(shí)序中讀得太赫茲的頻率，聯(lián)合太赫茲電場的值，即可獲得太赫茲的光譜。本發(fā)明測譜時(shí)間短，頻譜范圍寬，頻譜分辨率高。
【專利說明】一種太赫茲頻域光譜儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太赫茲頻域光譜儀，特別涉及一種基于光子混頻以及帶太赫茲天線的光電轉(zhuǎn)換器的太赫茲頻域光譜儀。

【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲(terahertz, THz)波介于毫米波與紅外光兩者之間,對應(yīng)的波長從3mm到30 μ m,通常是指頻率從10GHz到1THz的寬頻譜電磁波。太赫茲波頻段是一個(gè)非常具有科學(xué)研究價(jià)值但尚未充分研究開發(fā)的電磁輻射區(qū)域。由于物質(zhì)在太赫茲波頻段的發(fā)射、反射和透射光譜中包含有豐富的物理和化學(xué)信息，并且太赫茲輻射源與傳統(tǒng)非相干光源相比，具有相干性好、量子能量低、穿透性強(qiáng)等特性，因此它在物理、化學(xué)、天文學(xué)、生命科學(xué)和醫(yī)藥科學(xué)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，以及安全檢查、醫(yī)學(xué)成像、環(huán)境檢測、食品檢測、射電天文、衛(wèi)星通訊和武器制導(dǎo)等應(yīng)用研究領(lǐng)域均具有巨大的科學(xué)研究價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]太赫茲波對非極性物質(zhì)具有很高的透射性，通過測量服裝、藥品、毒品、病毒和建材等非極性材料的透射譜，能夠?qū)崿F(xiàn)對這些材料的無損檢測、品質(zhì)評(píng)估和真假甄別，因此基于太赫茲波輻射技術(shù)的頻譜儀市場前景巨大。當(dāng)前的太赫茲頻譜儀，分為時(shí)域頻譜系統(tǒng)和頻譜頻譜系統(tǒng)兩大類:
[0004]第一類:太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)的核心是首先測量參考(一般為空氣)和樣品的時(shí)域譜，再對測量到的信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，得到參考(一般為空氣)和樣品的頻域譜。對兩頻譜進(jìn)行簡單的處理即可獲得樣品的吸收系數(shù)和折射率。這種技術(shù)的缺陷是:
[0005](I)飛秒激光器的體積大、成本高，限制了系統(tǒng)的普及和推廣。使用光纖飛秒激光器的系統(tǒng)可以在一定程度上克服體積大的問題，但成本難以降低；
[0006](2)系統(tǒng)中延遲線的存在，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
[0007](3)系統(tǒng)的頻譜分辨率與測得時(shí)域信號(hào)的長度成反比，而時(shí)域信號(hào)的長度由延遲線的可調(diào)節(jié)長度決定。延遲線的可調(diào)節(jié)長度較短，所以一般的太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)的頻譜分辨率較低。
[0008]第二類:太赫茲頻域光譜系統(tǒng)的核心是利用頻率可調(diào)諧的窄帶、相干太赫茲輻射源完成頻譜的掃描，用太赫茲波能量/功率計(jì)測量不同頻率的太赫茲波的能量，實(shí)現(xiàn)頻譜的直接測量。其缺陷是:
[0009](I)最常見的太赫茲能量/功率計(jì)是熱福射計(jì)(S1-Bolometer),必須工作在液氦溫度下，使用成本高昂，工作效率低、難以走出實(shí)驗(yàn)室，極大的限制了這種技術(shù)的使用；
[0010](2)用熱輻射計(jì)作為探測器，難以使太赫茲頻譜儀向小型化、緊湊型。便攜式等方向邁進(jìn)，缺乏市場競爭力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種太赫茲頻域光譜儀，體積小，測譜時(shí)間短，頻譜范圍寬，頻譜分辨率高，室溫工作。
[0012]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0013]一種太赫茲頻域光譜儀，包括:激光器、兩個(gè)光纖耦合器、光開關(guān)、移頻環(huán)、帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器、帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)太赫茲聚焦元件；其中，激光器輸出的連續(xù)光經(jīng)其中一個(gè)光纖耦合器分為第一路和第二路，第一路輸入光開關(guān)產(chǎn)生光脈沖，然后通過移頻環(huán)后產(chǎn)生一系列在時(shí)間上等間隔且在頻率上等間隔增加的光脈沖，這些光脈沖與第二路光一起通過另一個(gè)光纖耦合器被分為第三路和第四路，第三路輻射在帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器上，產(chǎn)生光生載流子，在偏置電場的加速下，光生載流子加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化的電流，輻射出一系列在時(shí)間上等間隔且在頻率上等間隔增加的太赫茲脈沖；這些太赫茲脈沖經(jīng)過兩個(gè)太赫茲聚焦元件后同第四路光脈沖一起輻射在帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器上，第四路光脈沖輻射在帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器上產(chǎn)生光生載流子，在太赫茲電場的加速下，光生載流子加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流，此電流正比于太赫茲電場，測得電流即測得了太赫茲電場，從電流時(shí)序中讀得太赫茲的頻率，聯(lián)合太赫茲電場的值，即可獲得太赫茲的光譜。
[0014]一種太赫茲頻域光譜儀，包括:激光器、光開關(guān)、兩個(gè)光纖耦合器、兩個(gè)移頻環(huán)、帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器、帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)太赫茲聚焦元件；其中，激光器輸出的連續(xù)光經(jīng)光開關(guān)產(chǎn)生光脈沖，然后經(jīng)其中一個(gè)光纖耦合器分為第一路和第二路，第一路光通過輸入其中一個(gè)移頻環(huán)后產(chǎn)生一系列在時(shí)間上等間隔且在頻率上等間隔增加的光脈沖，第二路光通過輸入另一個(gè)移頻環(huán)后產(chǎn)生一系列在時(shí)間上等間隔且在頻率上等間隔減小的光脈沖，兩路光脈沖通過另一個(gè)光纖耦合器被分為第三路和第四路，第三路輻射在帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器上，產(chǎn)生光生載流子，在偏置電場的加速下，光生載流子加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化的電流，輻射出一系列在時(shí)間上等間隔且在頻率上等間隔增加的太赫茲脈沖；這些太赫茲脈沖經(jīng)過兩個(gè)太赫茲聚焦元件后同第四路光脈沖一起輻射在帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器上，第四路光脈沖輻射在帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器上產(chǎn)生光生載流子，在太赫茲電場的加速下，光生載流子加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流，此電流正比于太赫茲電場，測得電流即測得了太赫茲電場，從電流時(shí)序中讀得太赫茲的頻率，聯(lián)合太赫茲電場的值，即可獲得太赫茲的光譜。
[0015]所述的激光器為工作波長在300?2100nm的連續(xù)激光器。
[0016]所述的光開關(guān)為機(jī)械式、微電子機(jī)械系統(tǒng)式、半導(dǎo)體、液晶光開關(guān)的一種或者電光、聲光、磁光、熱光開關(guān)的一種。
[0017]所述的帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器為帶太赫茲輻射天線的基于外光電效應(yīng)的光電管單元、帶太赫茲輻射天線的基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電二極管單元或者帶太赫茲輻射天線的基于光變電阻效益的光電導(dǎo)單元。
[0018]所述的帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器為帶太赫茲探測天線的基于外光電效應(yīng)的光電管單元、帶太赫茲探測天線的基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電二極管單元或者帶太赫茲探測天線的基于光變電阻效益的光電導(dǎo)單元。
[0019]所述的太赫茲聚焦元件為金屬拋物面鏡或聚四氟乙烯、TPX、高阻Si透鏡。
[0020]所述的移頻環(huán)主要由任意連接順序的光纖耦合器、光學(xué)延遲線、光放大器、移頻器、濾波器、第一光隔離器組成，在所述第一路光或者第二路光中級(jí)聯(lián)移頻環(huán)以增加或減小輻射太赫茲的帶寬。
[0021]所述的光放大器為半導(dǎo)體、摻鉺光纖或者拉曼光纖放大器。
[0022]所述的移頻器為電光或聲光移頻器。
[0023]所述的濾波器為干涉型、光纖光柵型、F-P腔型帶通濾波器的一種或光纖光柵型、F-P腔型、聲光可調(diào)諧濾波器的一種。
[0024]所述的光學(xué)延遲線為光纖、基于電動(dòng)平移臺(tái)的可調(diào)節(jié)延遲線。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有太赫茲光源相比具有的以下優(yōu)勢:
[0026](I)體積小、便攜、穩(wěn)定。整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡單，所用器件成熟、性能穩(wěn)定、體積小。經(jīng)組裝后，整個(gè)裝置體積小，重量輕。
[0027](2)測譜速度快。該方案中的測譜速度由移頻環(huán)內(nèi)濾波器的調(diào)諧速度決定。濾波器的調(diào)諧速度快，那么方案的測譜速度快。
[0028](3)頻率范圍寬。如:移頻器的移頻量為200MHz，使用可調(diào)諧濾波器，濾波器的調(diào)諧范圍為40nm，在移頻環(huán)內(nèi)循環(huán)20000次，那么輻射的太赫茲帶寬為4THz。
[0029](4)頻率分辨率高。該方案中移頻器的移頻量非常穩(wěn)定，可以控制在MHz或者更小的KHz量級(jí)。那么該方案的頻譜分辨率也在MHz或者更小的KHz量級(jí)。
[0030](5)室溫工作且價(jià)格低廉。如:激光器使用一臺(tái)分布反饋式1550nm的半導(dǎo)體激光器，由于使用通訊波段激光器，其它器件都非常成熟且工作在室溫環(huán)境。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3是圖1的時(shí)序圖；
[0034]圖4是圖2的時(shí)序圖。
[0035]其中:第一激光器1、第一光纖耦合器2、第一光開關(guān)3、第一移頻環(huán)4、第三光纖耦合器5、第一帶太赫茲福射天線的光電轉(zhuǎn)換器6、第一帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器7、第一太赫茲聚焦元件8、第二太赫茲聚焦元件9、第二光纖耦合器41、第一光學(xué)延遲線42、第一光放大器43、第一移頻器44、第一濾波器45、第一光隔離器46 ；
[0036]第二激光器10、第二光開關(guān)11、第四光纖耦合器12、第二移頻環(huán)13、第三移頻環(huán)14、第七光纖稱合器15、第二帶太赫茲福射天線的光電轉(zhuǎn)換器16、第二帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器17、第三太赫茲聚焦兀件18、第四太赫茲聚焦兀件19 ;第五光纖稱合器131、第二光學(xué)延遲線132、第二光放大器133、第二移頻器134、第二濾波器135、第二光隔離器136、第六光纖耦合器141、第三光學(xué)延遲線142、第三光放大器143、第三移頻器144、第三濾波器145、第三光隔離器146。

【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合具體實(shí)施例以及附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作詳細(xì)說明:
[0038]如圖1所示，本發(fā)明所提供的太赫茲頻域光譜儀實(shí)施例一，包括:第一激光器1、第一光纖稱合器2、第一光開關(guān)3、第一移頻環(huán)4、第三光纖稱合器5、第一帶太赫茲福射天線的光電轉(zhuǎn)換器6、第一帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器7、第一太赫茲聚焦元件8、第二太赫茲聚焦元件9 ;第一移頻環(huán)4包括第二光纖耦合器41、第一光學(xué)延遲線42、第一光放大器43、第一移頻器44、第一濾波器45、第一光隔離器46 ；
[0039]如圖3所示，第一激光器I的光頻率為，光脈沖的持續(xù)時(shí)間為Tpl，脈沖間隔時(shí)間為Ttll，第一光學(xué)延遲線42延遲時(shí)間為THngl，第一移頻器44的開啟為Tfsml、關(guān)閉時(shí)間為TfS()ff1、移頻量為△ ，第一移頻器44與第一光開關(guān)3的開啟時(shí)間相同。第一激光器I輸出的連續(xù)光(頻率為f\)經(jīng)第一光纖耦合器2分為第一路和第二路，第一路輸入第一光開關(guān)產(chǎn)生光脈沖，然后通過第二光纖耦合器41輸入第一移頻環(huán)后產(chǎn)生一系列在時(shí)間上等間隔(Tringl)且在頻率上等間隔(Af1)增加的光脈沖(周期為Ttll),這些光脈沖與第二路光一起通過第三光纖耦合器5被分為第三路和第四路，第三路輻射在第一帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器6上，產(chǎn)生光生載流子，在偏置電場的加速下，光生載流子加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化的電流，輻射出一系列在時(shí)間上等間隔(THngl)且在頻率上等間隔(Af1)增加的太赫茲脈沖(周期為Ttll);這些太赫茲脈沖經(jīng)過第一、二太赫茲聚焦元件8、9后同第四路光脈沖一起輻射在第一帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器7上,第四路光脈沖福射在第一帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器7上產(chǎn)生光生載流子，在太赫茲電場的加速下，光生載流子加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流，此電流正比于太赫茲電場，測得電流即測得了太赫茲電場。從電流時(shí)序中讀得太赫茲的頻率，聯(lián)合太赫茲電場的值，即可獲得太赫茲的光譜。
[0040]第一路光經(jīng)過第一光開關(guān)3和第一移頻環(huán)4后輸出為光脈沖,第二路光為連續(xù)光，兩路光在時(shí)間上一直是相干的，所以在第一帶太赫茲輻射、探測天線的光電轉(zhuǎn)換器上可以實(shí)現(xiàn)混頻。
[0041]如圖3所示，太赫茲發(fā)射脈沖和探測脈沖的頻率依次為O、Af1JAf1JAfltjt^n Af1, η為整數(shù)，周期為Ttll，每個(gè)對應(yīng)脈沖的間隔時(shí)間為At。第一帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器探測的電流可以表示為:1。= EthzCos (ωΤΗζ At)，式中Ethz為太赫茲電場，ωΤΗζ為太赫茲頻率。
[0042]使用脈沖光是為了保證在時(shí)間Ttll內(nèi)，只有一個(gè)頻率的光信號(hào)在第一移頻環(huán)內(nèi)作用，避免不同頻率的光信號(hào)之間的干擾，確保第一移頻環(huán)的穩(wěn)定性。
[0043]第一光學(xué)延遲線的作用是增加兩個(gè)光脈沖的間隔時(shí)間，確保器件能響應(yīng)光脈沖。第一光放大器的作用是補(bǔ)償光脈沖能量的損失，使光脈沖可以多次通過第一移頻環(huán)，而能量基本保持穩(wěn)定。第一濾波器的作用是抑制第一光放大器的噪聲，增加光脈沖在移頻環(huán)內(nèi)的循環(huán)次數(shù)，以增加太赫茲頻域光譜儀的帶寬。
[0044]選擇適當(dāng)?shù)腡pl、T01, Tringl, Tfsonl, Tfsoffl 和 Af1，太赫茲波的帶寬應(yīng)為 Af1Tfsml/T
1ringlο
[0045]如圖2所示，本發(fā)明所提供的太赫茲頻域光譜儀實(shí)施例二，包括:第二激光器10、第二光開關(guān)11、第四光纖耦合器12、第二移頻環(huán)13、第三移頻環(huán)14、第七光纖耦合器15、第二帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器16、第二帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器17、第三太赫茲聚焦元件18、第四太赫茲聚焦元件19 ;第二移頻環(huán)13包括第五光纖耦合器131、第二光學(xué)延遲線132、第二光放大器133、第二移頻器134、第二濾波器135、第二光隔離器136。第三移頻環(huán)14包括第六光纖耦合器141、第三光學(xué)延遲線142、第三光放大器143、第三移頻器144、第三濾波器145、第三光隔離器146。
[0046]如圖4所示，第二激光器10的光頻率為f2，光脈沖的持續(xù)時(shí)間為Tp2，脈沖間隔時(shí)間為Ttl2，第二、三光學(xué)延遲線132、142延遲時(shí)間為THng2，第二、三移頻器134、144的開啟為TfSm2、關(guān)閉時(shí)間為Tfstxff2、移頻量分別為Af2、- Δ f2,第二、三移頻器與第二光開關(guān)的開啟時(shí)間相同。第二激光器輸出的連續(xù)光(頻率為&)經(jīng)第二光開關(guān)產(chǎn)生光脈沖，然后經(jīng)第四光纖率禹合器12分為第一路和第二路，第一路光通過第五光纖稱合器131輸入第二移頻環(huán)13后產(chǎn)生一系列在時(shí)間上等間隔0；ing2)且在頻率上等間隔(Af2)增加的光脈沖(周期為Ttl2)，第二路光通過第六光纖耦合器141輸入第三移頻環(huán)14后產(chǎn)生一系列在時(shí)間上等間隔(Tring2)且在頻率上等間隔(Af2)減小的光脈沖(周期為TJ，兩路光脈沖通過第七光纖耦合器15被分為第三路和第四路，第三路輻射在第二帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器16上，產(chǎn)生光生載流子，在偏置電場的加速下，光生載流子加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化的電流，輻射出一系列在時(shí)間上等間隔(!；_)且在頻率上等間隔(2 Af2)增加的太赫茲脈沖(周期為Ttl2);這些太赫茲脈沖經(jīng)過第三、四太赫茲聚焦元件18、19后同第四路光脈沖一起輻射在第二帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器17上，第四路光脈沖輻射在第二帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器17上產(chǎn)生光生載流子，在太赫茲電場的加速下，光生載流子加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流，此電流正比于太赫茲電場，測得電流即測得了太赫茲電場。從電流時(shí)序中讀得太赫茲的頻率，聯(lián)合太赫茲電場的值，即可獲得太赫茲的光譜。
[0047]第一路和第二路光脈沖光程相等或者兩路光脈沖在時(shí)間上相干，所以在第二太赫茲光電導(dǎo)輻射、探測天線可以實(shí)現(xiàn)混頻。
[0048]如圖4所示，太赫茲發(fā)射脈沖和探測脈沖的頻率依次為0、2Af2、4Af2、6Af2。。。2mAf2，m為整數(shù)，周期為Ttl2，每個(gè)對應(yīng)脈沖的間隔時(shí)間為A’t。第一帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器探測的電流可以表示為:I’ C1 = E’ THzcos (ω ’ ΤΗζ Λ ’ t)，式中E’ THz為太赫茲電場，ω THz為太赫茲頻率。
[0049]使用脈沖光是為了保證在時(shí)間Ttl2內(nèi)，只有一個(gè)頻率的光信號(hào)在第二、三移頻環(huán)內(nèi)作用，避免不同頻率的光信號(hào)之間的干擾，確保第二、三移頻環(huán)的穩(wěn)定性。
[0050]第二、三光學(xué)延遲線的作用是增加兩個(gè)光脈沖的間隔時(shí)間，確保器件能響應(yīng)光脈沖，并確保第一、二路光在時(shí)間上可以相干。第二、三光放大器的作用分別是補(bǔ)償?shù)谝?、二路光脈沖能量的損失，使光脈沖可以分別多次通過第二、三移頻環(huán)，而能量基本保持穩(wěn)定。第二、三濾波器的作用是分別抑制第二、三光放大器的噪聲，增加光脈沖在第二、三移頻環(huán)內(nèi)的循環(huán)次數(shù)，以增加太赫茲頻域光譜儀的帶寬。
[0051]選擇適當(dāng)?shù)腡p2、T02, Tring2, Tfson2, Tfsoff2 和 Af2，太赫茲波的帶寬應(yīng)為 2 Af2Tfsm2/T
1 ring2°
[0052]本發(fā)明中未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域內(nèi)的公知技術(shù)。以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制在具體的實(shí)施范圍內(nèi)，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神范圍之內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明的構(gòu)思創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種太赫茲頻域光譜儀，其特征在于，包括:激光器、兩個(gè)光纖耦合器、光開關(guān)、移頻環(huán)、帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器、帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)太赫茲聚焦元件；其中，激光器輸出的連續(xù)光經(jīng)其中一個(gè)光纖耦合器分為第一路和第二路，第一路輸入光開關(guān)產(chǎn)生光脈沖，然后通過移頻環(huán)后產(chǎn)生一系列在時(shí)間上等間隔且在頻率上等間隔增加的光脈沖，這些光脈沖與第二路光一起通過另一個(gè)光纖耦合器被分為第三路和第四路，第三路輻射在帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器上，產(chǎn)生光生載流子，在偏置電場的加速下，光生載流子加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化的電流，輻射出一系列在時(shí)間上等間隔且在頻率上等間隔增加的太赫茲脈沖；這些太赫茲脈沖經(jīng)過兩個(gè)太赫茲聚焦元件后同第四路光脈沖一起輻射在帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器上，第四路光脈沖輻射在帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器上產(chǎn)生光生載流子，在太赫茲電場的加速下，光生載流子加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流，此電流正比于太赫茲電場，測得電流即測得了太赫茲電場，從電流時(shí)序中讀得太赫茲的頻率，聯(lián)合太赫茲電場的值，即可獲得太赫茲的光譜。
2.一種太赫茲頻域光譜儀，其特征在于，包括:激光器、光開關(guān)、兩個(gè)光纖耦合器、兩個(gè)移頻環(huán)、帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器、帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)太赫茲聚焦元件；其中，激光器輸出的連續(xù)光經(jīng)光開關(guān)產(chǎn)生光脈沖，然后經(jīng)其中一個(gè)光纖耦合器分為第一路和第二路，第一路光通過輸入其中一個(gè)移頻環(huán)后產(chǎn)生一系列在時(shí)間上等間隔且在頻率上等間隔增加的光脈沖，第二路光通過輸入另一個(gè)移頻環(huán)后產(chǎn)生一系列在時(shí)間上等間隔且在頻率上等間隔減小的光脈沖，兩路光脈沖通過另一個(gè)光纖耦合器被分為第三路和第四路，第三路輻射在帶太赫茲輻射天線的光電轉(zhuǎn)換器上，產(chǎn)生光生載流子，在偏置電場的加速下，光生載流子加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化的電流，輻射出一系列在時(shí)間上等間隔且在頻率上等間隔增加的太赫茲脈沖；這些太赫茲脈沖經(jīng)過兩個(gè)太赫茲聚焦元件后同第四路光脈沖一起輻射在帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器上，第四路光脈沖輻射在帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器上產(chǎn)生光生載流子，在太赫茲電場的加速下，光生載流子加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流，此電流正比于太赫茲電場，測得電流即測得了太赫茲電場，從電流時(shí)序中讀得太赫茲的頻率，聯(lián)合太赫茲電場的值，即可獲得太赫茲的光譜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太赫茲頻域光譜儀，其特征在于，所述的激光器為工作波長在300?210nm的連續(xù)激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太赫茲頻域光譜儀，其特征在于，所述的光開關(guān)為機(jī)械式、微電子機(jī)械系統(tǒng)式、半導(dǎo)體、液晶光開關(guān)的一種或者電光、聲光、磁光、熱光開關(guān)的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太赫茲頻域光譜儀,其特征在于,所述的帶太赫茲福射天線的光電轉(zhuǎn)換器為帶太赫茲輻射天線的基于外光電效應(yīng)的光電管單元、帶太赫茲輻射天線的基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電二極管單元或者帶太赫茲輻射天線的基于光變電阻效益的光電導(dǎo)單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太赫茲頻域光譜儀，其特征在于，所述的帶太赫茲探測天線的光電轉(zhuǎn)換器為帶太赫茲探測天線的基于外光電效應(yīng)的光電管單元、帶太赫茲探測天線的基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電二極管單元或者帶太赫茲探測天線的基于光變電阻效益的光電導(dǎo)單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太赫茲頻域光譜儀，其特征在于，所述的太赫茲聚焦元件為金屬拋物面鏡或聚四氟乙烯、TPX、高阻Si透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太赫茲頻域光譜儀，其特征在于，所述的移頻環(huán)主要由任意連接順序的光纖耦合器、光學(xué)延遲線、光放大器、移頻器、濾波器、第一光隔離器組成，在所述第一路光或者第二路光中級(jí)聯(lián)移頻環(huán)以增加或減小輻射太赫茲的帶寬。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太赫茲頻域光譜儀，其特征在于，所述的光放大器為半導(dǎo)體、摻鉺光纖或者拉曼光纖放大器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太赫茲頻域光譜儀，其特征在于，所述的移頻器為電光或聲光移頻器。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太赫茲頻域光譜儀，其特征在于，所述的濾波器為干涉型、光纖光柵型、F-P腔型帶通濾波器的一種或光纖光柵型、F-P腔型、聲光可調(diào)諧濾波器的一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太赫茲頻域光譜儀，其特征在于，所述的光學(xué)延遲線為光纖、基于電動(dòng)平移臺(tái)的可調(diào)節(jié)延遲線。
【文檔編號(hào)】G01J3/28GK104330159SQ201410549068
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】鄒鍶, 俞旭輝, 潘鳴, 侯麗偉, 謝巍, 臧元章, 周德亮, 王曉東, 王兵兵, 劉素芳, 關(guān)冉, 魯斌, 汪瑞 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十研究所