一種太赫茲光譜儀及太赫茲收發(fā)探頭的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及屬于太赫茲時(shí)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(wèn)題是：目前太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)大多采用離軸拋面鏡對(duì)太赫茲脈沖進(jìn)行空間傳播，在結(jié)構(gòu)上復(fù)雜，光程長(zhǎng)，穩(wěn)定性差，使太赫茲波的能量利用率低下。針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種太赫茲光譜儀及太赫茲收發(fā)探頭，通過(guò)太赫茲轉(zhuǎn)換器將激光器發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換為探測(cè)光和泵浦光，進(jìn)而通過(guò)太赫茲收發(fā)探頭接收太赫茲轉(zhuǎn)換器輸出探測(cè)光和泵浦光，進(jìn)行樣品反射式探測(cè)和透射式探測(cè)，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(wèn)題。進(jìn)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(diǎn)。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(zhuān)利說(shuō)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(shí)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(chēng)為太赫茲射線是上個(gè)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(zhǎng)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(wú)標(biāo)記的基因檢查、細(xì)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(shí)域光譜系統(tǒng)大多采用離軸拋面鏡對(duì)太赫茲脈沖進(jìn)行空間傳播，在結(jié)構(gòu)上復(fù)雜，光程長(zhǎng)，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(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種太赫茲光譜儀及太赫茲收發(fā)探頭，通過(guò)太赫茲轉(zhuǎn)換器將激光器發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換為探測(cè)光和泵浦光，進(jìn)而通過(guò)太赫茲收發(fā)探頭接收太赫茲轉(zhuǎn)換器輸出探測(cè)光和泵浦光，進(jìn)行樣品反射式探測(cè)和透射式探測(cè)，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(cè)效率低的缺點(diǎn)。進(jìn)一步的，通過(guò)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(diǎn)。
[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(cè)光和泵浦光；探測(cè)光比泵浦光有T時(shí)間延遲；所述T是皮秒級(jí)到納秒級(jí)；
太赫茲收發(fā)探頭10，用于接收太赫茲轉(zhuǎn)換器輸出探測(cè)光和泵浦光，產(chǎn)生輻射太赫茲波進(jìn)行樣品反射式探測(cè)和透射式探測(cè)，通過(guò)攜帶樣品信息的太赫茲波進(jìn)行探測(cè)得到樣品表面光譜。
[0006]進(jìn)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(guò)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(guò)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(cè)光經(jīng)過(guò)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(guò)探測(cè)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(shí)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(dòng)載流子產(chǎn)生正比于太赫茲瞬間電場(chǎng)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(cè)光光能量對(duì)應(yīng)分別不超過(guò)第一光導(dǎo)天線、第二光導(dǎo)天線的能量閥值。
[0007]進(jìn)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(jìn)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(cè)光，其中泵浦光通過(guò)第二透鏡8入射至太赫茲收發(fā)探頭一輸入端口，探測(cè)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(guò)第一透鏡9入射至太赫茲收發(fā)探頭的探測(cè)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(cè)光進(jìn)行光信號(hào)T時(shí)間延遲，并將探測(cè)光延遲信號(hào)入射至太赫茲收發(fā)探頭另一輸入端口。
[0009]進(jìn)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
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浦光和探測(cè)光的功率比。
[0010]進(jìn)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(jìn)一步的，當(dāng)所述角度轉(zhuǎn)換裝置是分束鏡時(shí)，延遲角度轉(zhuǎn)換裝置還包括檢測(cè)裝置13，所述分束鏡將延遲線輸出探測(cè)光進(jìn)行功率分配，經(jīng)過(guò)分束鏡透射的探測(cè)光入射至檢測(cè)裝置，進(jìn)行功率檢測(cè)；經(jīng)過(guò)分束鏡反射的探測(cè)光入射至太赫茲收發(fā)探頭另一輸入端口。
[0012]進(jìn)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(guò)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(jìn)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?yàn)棣?，所述α?br> 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(cè)光和泵浦光，進(jìn)行樣品反射式探測(cè)和透射式探測(cè)，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(guò)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(guò)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(cè)光經(jīng)過(guò)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(guò)探測(cè)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(shí)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(dòng)載流子產(chǎn)生正比于太赫茲瞬間電場(chǎng)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(cè)光光能量對(duì)應(yīng)分別不超過(guò)第一光導(dǎo)天線、第二光導(dǎo)天線的能量閥值。
[0015]進(jìn)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(guò)太赫茲轉(zhuǎn)換器將激光器發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換為探測(cè)光和泵浦光，進(jìn)而通過(guò)太赫茲收發(fā)探頭接收太赫茲轉(zhuǎn)換器輸出探測(cè)光和泵浦光，在不改變光路的情況下可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同厚度的樣品進(jìn)行樣品反射式探測(cè)和透射式探測(cè)，得到樣品光譜信息。實(shí)現(xiàn)對(duì)固體，液體樣品的探測(cè)。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(guò)分光裝置將激光器發(fā)射的激光分成泵浦光和探測(cè)光，其中探測(cè)光經(jīng)過(guò)太赫茲轉(zhuǎn)換器后延遲T時(shí)間，精確控制太赫茲收發(fā)探頭中樣品表面泵浦光及探測(cè)光干涉時(shí)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(guò)調(diào)節(jié)延遲時(shí)間來(lái)獲得探測(cè)脈沖和攜帶樣品光譜信息的太赫茲脈沖在不同時(shí)間下的光電流，來(lái)獲得攜帶樣品信息的太赫茲脈沖的電場(chǎng)時(shí)間波形。
[0018]3)在2)基礎(chǔ)上，本光譜儀通過(guò)兩個(gè)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(shí)。實(shí)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(shí)，還包括檢測(cè)裝置，所述分束鏡將延遲線輸出探測(cè)光進(jìn)行功率等分，經(jīng)過(guò)分束鏡透射的探測(cè)光入射至檢測(cè)裝置，進(jìn)行功率檢測(cè)，方便實(shí)用，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到探測(cè)光和泵浦光的能量比。為操作人員提供一個(gè)參考。
[0020]5)可以方便的調(diào)節(jié)透鏡組合樣品的`距離問(wèn)題:在收發(fā)探頭系統(tǒng)后面的便是可以進(jìn)行三維調(diào)整的樣品調(diào)節(jié)臺(tái)12。通過(guò)沿光軸方向的調(diào)整就可以實(shí)現(xiàn)透鏡組與樣品的距離調(diào)節(jié)。此外還可以通過(guò)垂直于光軸的面的樣品臺(tái)的二維調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)太赫茲波的逐點(diǎn)成像。
[0021]6)本發(fā)明的太赫茲光譜儀器實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)。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(shí)，可以提聞太赫茲波的能量利用率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)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(cè)樣品表面示意圖。
[0026]圖3b是太赫茲收發(fā)探頭透射式探測(cè)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(tái)
13-太赫茲功率計(jì)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(shí)施方式】
[0028]本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)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(shuō)明書(shū)(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類(lèi)似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類(lèi)似特征中的一個(gè)例子而已。
[0030]一、本發(fā)明相關(guān)說(shuō)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(guò)改變光導(dǎo)天線的基底材料可以使用不同中心波長(zhǎng)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(cè)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(cè)光)經(jīng)過(guò)延遲裝置后，在經(jīng)過(guò)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(cè)和透射式探測(cè)反射式探測(cè)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(guò)記錄樣品表面的反射波形信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的反射式測(cè)量；透射式探測(cè)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(shí)在樣本后端(距離太赫茲收發(fā)探頭距離較遠(yuǎn)一端)加太赫茲全反鏡，計(jì)算機(jī)通過(guò)記錄太赫茲全反鏡反射的太赫茲波形信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的透射式測(cè)量。
[0033]檢測(cè)裝置是太赫茲功率計(jì)。
[0034]本裝置太赫茲光譜儀產(chǎn)生的光電流通過(guò)后續(xù)計(jì)算機(jī)(電路)進(jìn)行信號(hào)處理，可得到被測(cè)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(shí)，所述1/2波片主要是改變探測(cè)光的偏振方向，提高探測(cè)
效率。改變光的偏振方向。第二調(diào)整器是-波片時(shí)主要用于調(diào)整飛秒激光的偏振方向來(lái)改
變分光裝置(分束鏡)的分束比，得到合適的泵浦光和探測(cè)光能量。第二個(gè)1/2波片主要是調(diào)整探測(cè)光的偏振方向提1?探測(cè)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(cè)光，產(chǎn)生輻射太赫茲波進(jìn)行樣品反射式探測(cè)和透射式探測(cè)，通過(guò)攜帶樣品信息的太赫茲波進(jìn)行探測(cè)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(cè)裝置時(shí),角度轉(zhuǎn)換裝置(分束鏡)將延遲裝置(延遲線)輸出探測(cè)光進(jìn)行功率分配，經(jīng)過(guò)分束鏡透射的探測(cè)光入射至檢測(cè)裝置，進(jìn)行功率檢測(cè)。
[0039]11.本光譜儀還可以通過(guò)改變光導(dǎo)天線的基底材料，選用不同中心波長(zhǎng)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(guò)第一分束鏡后分為兩路，分別為泵浦光和探測(cè)光。泵浦光經(jīng)過(guò)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(chǎng)作用下定向運(yùn)動(dòng)并輻射出太赫茲脈沖。輻射出的發(fā)散的太赫茲脈沖通過(guò)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(shí)探測(cè)光經(jīng)過(guò)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(dòng)載流子產(chǎn)生正比于太赫茲瞬間電場(chǎng)的光電流。記錄探測(cè)脈沖和攜帶樣品信息的太赫茲脈沖在不同時(shí)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(chǎng)時(shí)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(shí)，延遲角度轉(zhuǎn)換裝置還包括檢測(cè)裝置，所述分束鏡將延遲線輸出探測(cè)光進(jìn)行功率分配，經(jīng)過(guò)分束鏡透射的探測(cè)光入射至檢測(cè)裝置，進(jìn)行功率檢測(cè)；經(jīng)過(guò)分束鏡反射的探測(cè)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(guò)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(jìn)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?yàn)?80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(guò)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(guò)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(cè)光經(jīng)過(guò)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(guò)探測(cè)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(shí)自由空間傳播的攜帶樣品信息的太赫茲脈沖達(dá)時(shí)，既可以驅(qū)動(dòng)載流子產(chǎn)生正比于太赫茲瞬間電場(chǎng)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(cè)光光能量對(duì)應(yīng)分別不超過(guò)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(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書(shū)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(guò)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(cè)光和泵浦光；探測(cè)光比泵浦光有T時(shí)間延遲；所述T是皮秒級(jí)到納秒級(jí)； 太赫茲收發(fā)探頭，用于接收太赫茲轉(zhuǎn)換器輸出探測(cè)光和泵浦光，產(chǎn)生輻射太赫茲波進(jìn)行樣品反射式探測(cè)和透射式探測(cè)，通過(guò)攜帶樣品信息的太赫茲波進(jìn)行探測(cè)得到樣品光譜信息對(duì)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(guò)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(guò)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(cè)光經(jīng)過(guò)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(guò)探測(cè)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(shí)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(dòng)載流子產(chǎn)生正比于太赫茲瞬間電場(chǎng)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(cè)光光能量對(duì)應(yīng)分別不超過(guò)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(cè)光，其中泵浦光通過(guò)第二透鏡8入射至太赫茲收發(fā)探頭一輸入端口，探測(cè)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(guò)第一透鏡入射至太赫茲收發(fā)探頭的探測(cè)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(cè)光進(jìn)行光信號(hào)T時(shí)間延遲，并將探測(cè)光延遲信號(hào)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(cè)光的功率比。
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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(shí)，延遲角度轉(zhuǎn)換裝置還包括檢測(cè)裝置，所述分束鏡將延遲線輸出探測(cè)光進(jìn)行功率分配，經(jīng)過(guò)分束鏡透射的探測(cè)光入射至檢測(cè)裝置，進(jìn)行功率檢測(cè)；經(jīng)過(guò)分束鏡反射的探測(cè)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(guò)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(jìn)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?yàn)棣?，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(cè)光和泵浦光，進(jìn)行樣品反射式探測(cè)和透射式探測(cè)，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(guò)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(guò)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(cè)光經(jīng)過(guò)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(guò)探測(cè)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(shí)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(dòng)載流子產(chǎn)生正比于太赫茲瞬間電場(chǎng)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(cè)光光能量對(duì)應(yīng)分別不超過(guò)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(hào)】G01N21/27GK103743681SQ201410033989
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)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(guó), 劉喬, 鐘森城, 翟召輝 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所