一種測試太赫茲橫波和縱波相位動態(tài)變化的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及相位檢測技術(shù)，特別涉及一種測試太赫茲(THz)橫波和縱波相位動態(tài)變化的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著一系列新技術(shù)、新材料的發(fā)展，特別是超快技術(shù)的發(fā)展，寬帶穩(wěn)定的脈沖THz源成為一種準(zhǔn)常規(guī)技術(shù)，并在國內(nèi)外掀起一股THz研宄熱潮。太赫茲波是頻率在0.1到10THz范圍內(nèi)的電磁波，在電磁波譜中位于微波和紅外之間，在生物檢測、安全檢測、通信技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]波動按照質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向的關(guān)系分為橫波和縱波兩類。橫波，也稱“凹凸波”，其特點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向相互垂直。橫波在傳播過程中，凡是波傳到的地方，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在自己的平衡位置附近振動。實(shí)質(zhì)上，橫波的傳播是由于媒質(zhì)內(nèi)部發(fā)生剪切變形(即是媒質(zhì)各層之間發(fā)生平行于這些層的相對移動)并產(chǎn)生使體元恢復(fù)原狀的剪切彈性力而實(shí)現(xiàn)的。
[0004]縱波，亦稱“疏密波”，其特點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)的振動方向與傳播方向同軸的波。縱波的傳播過程是沿著波前進(jìn)的方向出現(xiàn)疏密不同的部分?？v波在傳播過程中，凡是波傳到的地方，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在各自的平衡位置附近重復(fù)地振動，波沿著水平方向傳播。實(shí)質(zhì)上，縱波的傳播是由于介質(zhì)中各體元發(fā)生壓縮和拉伸的變形，并產(chǎn)生使體元回復(fù)原狀的縱向彈性力而實(shí)現(xiàn)的。
[0005]1890年，法國物理學(xué)家Louis Georges Gouy發(fā)現(xiàn)通過焦點(diǎn)的電磁波將獲得一個(gè)額外的軸向正負(fù)180°相移。這一相位變化的發(fā)現(xiàn)，對整個(gè)電磁波譜有著重要的影響。古依相移假定菲涅耳惠更斯小波來自一個(gè)主前波解釋了二次相位超前；在曲面鏡激光腔的古依相移解釋了不同橫向模式的共振頻率差異；在非線性光學(xué)中，古依相移可以大大減少聚焦光束諧波畸變的概率。除此以外，它還是導(dǎo)致在真空中相速度超過一個(gè)平面光波的重要原因。
[0006]但是，若想直接觀察太赫茲波的相位變化，不僅需要精確的計(jì)算，實(shí)驗(yàn)裝置的調(diào)節(jié)也非常繁瑣?；谶@些實(shí)驗(yàn)上的種種不便捷性，目前還沒有簡潔的實(shí)驗(yàn)裝置用于直接測試太赫茲橫波和縱波的相位動態(tài)變化。本發(fā)明專利提出了一種利用不同晶向的碲化鋅晶體在不同位置探測太赫茲信號，通過這一系列的太赫茲時(shí)域信號可直接觀測太赫茲橫波和縱波相位動態(tài)變化的方法，裝置簡單，容易操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是針對目前無法直觀地觀察橫波和縱波相位動態(tài)變化問題，提出了一種測試太赫茲橫波和縱波相位動態(tài)變化的方法和裝置，以一束超快激光脈沖通過太赫茲波產(chǎn)生系統(tǒng)，產(chǎn)生太赫茲波，太赫茲波信號和另一束超快激光脈沖聚焦一起到碲化鋅晶體上，利用碲化鋅晶體在不同位置探測太赫茲信號，通過這一系列的太赫茲時(shí)域信號來觀測太赫茲波的相位變化。其中，選擇〈110〉晶向的碲化鋅晶體探測太赫茲橫波成分，選擇〈100〉晶向的碲化鋅晶體探測太赫茲縱波成分，即通過更換不同晶向的碲化鋅晶體即可實(shí)現(xiàn)分別測試太赫茲橫波和縱波相位動態(tài)變化的功能。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種測試太赫茲橫波和縱波相位動態(tài)變化的方法，激光光源發(fā)出的激光脈沖通過分束片后，反射光作為泵浦光束進(jìn)入太赫茲波產(chǎn)生系統(tǒng)用于輻射太赫茲波，另一部分透射光作為探測光束實(shí)現(xiàn)對太赫茲波的探測；反射激光即泵浦光經(jīng)第五反射鏡反射后進(jìn)入太赫茲波產(chǎn)生系統(tǒng)，輻射出的發(fā)散狀太赫茲波經(jīng)離軸拋物面鏡收集后變成平行的太赫茲波，然后經(jīng)過離軸拋物面鏡反射并聚焦到碲化鋅晶體上；透射激光即探測光依次經(jīng)過第一反射鏡、光學(xué)延遲、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡，然后通過聚焦系統(tǒng)，與經(jīng)離軸拋物面鏡聚焦的太赫茲波焦點(diǎn)重合，并同時(shí)打到碲化鋅晶體上；探測光束通過碲化鋅晶體后依次經(jīng)過第二聚焦透鏡、1/4波片和渥拉斯通棱鏡后分為偏振相互垂直的兩束光，兩束光分別打到光電二極管探頭上，光電二極管探頭的強(qiáng)度之差正比于太赫茲波的電場強(qiáng)度；再通過掃描泵浦光束和探測光束的時(shí)間延時(shí)即可實(shí)現(xiàn)太赫茲波時(shí)域信號的差分探測；分別使用通過〈110〉和〈100〉晶向面的二塊碲化鋅晶體，來分別探測橫波和縱波的電場強(qiáng)度；在太赫茲波焦點(diǎn)前后范圍內(nèi)通過調(diào)節(jié)一維電機(jī)前后移動碲化鋅晶體的位置，每間隔相同距離測太赫茲信號，根據(jù)測得的一系列太赫茲時(shí)域信號觀察出太赫茲橫波或縱波的相位動態(tài)變化。
[0009]所述離軸拋物面鏡為打孔離軸拋物面鏡，聚焦系統(tǒng)為第一聚焦透鏡，與打孔離軸拋物面鏡共焦，且碲化鋅晶體放置于它們的共同焦點(diǎn)處。
[0010]所述聚焦系統(tǒng)依次包括第一聚焦透鏡、第六反射鏡、硅片，探測光經(jīng)過聚焦系統(tǒng)聚焦到碲化鋅晶體上，與經(jīng)離軸拋物面鏡聚焦的太赫茲波焦點(diǎn)重合，并同時(shí)打到碲化鋅晶體上。
[0011]所述聚焦系統(tǒng)依次包括第一聚焦透鏡、第六反射鏡、摻錫氧化銦薄膜，太赫茲波通過離軸拋物面鏡和摻錫氧化銦薄膜反射后，聚焦到碲化鋅晶體上，探測光依次經(jīng)過第一反射鏡、光學(xué)延遲、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡，然后通過第一聚焦透鏡聚焦、第六反射鏡反射和摻錫氧化銦薄膜透射到碲化鋅晶體上。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明是一種測試太赫茲橫波和縱波相位動態(tài)變化的方法和裝置，裝置簡單，容易操作。在實(shí)際操作過程中，只需要將碲化鋅晶體固定在一維電機(jī)上，在打孔離軸拋物面鏡焦點(diǎn)前后一定范圍內(nèi)通過調(diào)節(jié)一維電機(jī)前后移動碲化鋅晶體的位置，每間隔相同距離測太赫茲信號，根據(jù)測得的一系列太赫茲時(shí)域信號觀察出太赫茲橫波或縱波的相位動態(tài)變化。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明測試太赫茲橫波和縱波相位動態(tài)變化的裝置實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明測試太赫茲橫波和縱波相位動態(tài)變化的裝置實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明測試太赫茲橫波和縱波相位動態(tài)變化的裝置實(shí)施例三結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明測試太赫茲橫波和縱波相位動態(tài)變化的裝置實(shí)施例四結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)測試太赫茲橫波和縱波相位動態(tài)變化的裝置實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖，采用打孔拋物面鏡進(jìn)行太赫茲波與探測光合束，實(shí)現(xiàn)方案，裝置由激光光源1，分束片2，第一反射鏡3，光學(xué)延遲4，第二反射鏡5，第三反射鏡6，第四反射鏡7，第一聚焦透鏡8，打孔離軸拋物面鏡9，第五反射鏡10，太赫茲波產(chǎn)生系統(tǒng)11，離軸拋物面鏡12，一維電機(jī)13，碲化鋅晶體(ZnTe) 14，第二聚焦透鏡15，1/4波片16，渥拉斯通棱鏡17和光電二極管(PD)探頭18組成。激光光源發(fā)出的激光脈沖通過分束片2后，反射激光即泵浦光經(jīng)第五反射鏡10反射后進(jìn)入太赫茲產(chǎn)生系統(tǒng)11，輻射出的發(fā)散狀太赫茲波經(jīng)離軸拋物面鏡12收集后變成平行的太赫茲波，然后經(jīng)過打孔離軸拋物面鏡9反射并聚焦到碲化鋅晶體14上。透射激光即探測光依次經(jīng)過第一反射鏡3、光學(xué)延遲4、第二反射鏡5、第三反射鏡6、第四反射鏡7后通過第一聚焦透鏡8聚焦。第一聚焦透鏡8與打孔離軸拋物面鏡9共焦，且碲化鋅晶體14放置于它們的共同焦點(diǎn)處。探測光束通過碲化鋅晶體14后依次經(jīng)過第二聚焦透鏡15、1/4波片16和渥拉斯通棱鏡17后分為偏振相互垂直的兩束光，兩束光分別打到F1D探頭18上。根據(jù)電光采樣原理，由此可直接探測到太赫茲的時(shí)域信號。碲化鋅晶體14固定在一維電機(jī)13上，以打孔離軸拋物面鏡9的焦點(diǎn)位置為中心點(diǎn)，在中心點(diǎn)前后一定范圍內(nèi)通過調(diào)節(jié)一維電機(jī)13前后移動碲化鋅晶體14的位置，每間隔相同距離測太赫茲信號，可得到一系列的太赫茲信號圖，從而觀測到其相位的動態(tài)變化。更換不同晶向的碲化鋅晶體14，可以分別測試太赫茲橫波和縱波的相位動態(tài)變化。晶向?yàn)椤?10〉的碲化鋅晶體可以用于測試太赫茲橫波的相位動態(tài)變化，晶向?yàn)椤?00〉的碲化鋅晶體可以測試太赫茲縱波的相位動態(tài)變化。
[0015]圖2為本發(fā)明測試太赫茲橫波和縱波相位動態(tài)變化的裝置實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖，采用硅片進(jìn)行太赫茲波與探測光合束，實(shí)現(xiàn)方案，裝置由激光光源1，分束片2，第一反射鏡3，光學(xué)延遲4，第二反射鏡5，第一聚焦透鏡8，第五反射鏡10，太赫茲波產(chǎn)生系統(tǒng)11，第一離軸拋物面鏡12，一維電機(jī)13，碲化鋅晶體(ZnTe) 14，第二聚焦透鏡15，1/4波片16，渥拉斯通棱鏡17，光電二極管(PD)探頭18，第六反射鏡19，高阻硅20和第二離軸拋物面鏡21組成。激光光源發(fā)出的激光脈沖通過分束片2后，反射激光即泵浦光經(jīng)第五反射鏡10反射后進(jìn)入太赫茲波產(chǎn)生系統(tǒng)11，輻射出的發(fā)散狀太赫茲波經(jīng)第一離軸拋物面鏡12收集后變成平行的太赫茲波，隨后經(jīng)過第二離軸拋物面鏡21反射聚焦到碲化鋅晶體14上，中間高阻硅20可透射太赫茲光。透射激光即探測光依次經(jīng)過第一反射鏡3、光學(xué)延遲4、第二反射鏡
5、第一聚焦透鏡8、第六反射鏡19、高阻硅20反射后打在碲化鋅晶體1