[实用新型]一种用于测量太赫兹光脉冲的电光取样装置

说明书

技术领域

本实用新型属于太赫兹光学领域，涉及一种用于测量太赫兹光脉冲的电光取样装置。

背景技术

太赫兹(THz)光是指频率在0.1THz～10THz之间的光波，其波段在微波和红外之间。太赫兹光可以透过各种生物体、电介质材料以及气相物质，这些介质在太赫兹波段具有丰富的吸收和色散特性，通过测量并分析样品的太赫兹信号便可以获得关于材料中的物质成分和物理、化学以及生物学信息。在太赫兹光学技术中，太赫兹时域光谱技术是较为重要和常用的技术之一；常见的太赫兹测量方法主要有两种：光导开光法和电光取样法；其中太赫兹电光取样法因具有响应频谱宽、结构简单、操作方便和相对廉价的特点而广为使用。

图1示出了现有技术提供的太赫兹电光取样装置的结构，短脉冲激光器1产生激光脉冲，经分束器2后分成两束，其中一束光依次经过高反镜3、光学斩光器4、聚焦光束的聚焦镜5和太赫兹发射晶体6后产生太赫兹光束。另一束作为探测光束经过光束延时器8和起偏器9后进入一电光取样晶体12与经过离轴抛物面镜7、光学元件10以及离轴抛物面镜11后的太赫兹电磁波重合；然后探测光通过零级四分之一波片13和偏振器14被平衡探测器15接收。该平衡探测器15有两个光学探头，在无太赫兹信号入射时，通过调节零级四分之一波片13使进入两光学探头的光功率相等从而平衡探测器15的输出为零。通过扫描探测光和太赫兹信号光的相对延时，就能够测量到不同时刻的太赫兹脉冲电场相对分布，从而得到太赫兹脉冲电场的时域波形，进而获得太赫兹脉冲的频域光谱。

目前，常见的太赫兹电光取样装置有两种工作形式：45°光学偏置和0°光学偏置；图2示出了45°光学偏置的太赫兹电光取样装置的结构，图3示出了0°光学偏置的太赫兹电光取样装置的结构。为了便于说明，仅示出了图1中的一部分，详述如下。

45°光学偏置的太赫兹电光取样装置主要包括起偏器9、电光取样晶体12、零级四分之一波片13、检偏器14、平衡探测器15和用于太赫兹光耦合的光学元件10。这种结构的太赫兹电光取样装置工作在45°光学偏置，因而它具有宽的线性动态范围。由于进入平衡探测器15的两束光束经历非常地相似，理论上具有较好的消背底噪声能力，但是这种结构由太赫兹电场引起的光学调制度较低，这意味着要得到一定幅度的太赫兹信号就需要较强的探测光，于是就会导致系统的较大的热噪声从而降低信噪比。

近0°光学偏置方式的太赫兹电光取样装置主要包括：分束器2、起偏器9、高反镜3、用于太赫兹光耦合的光学元件10、电光取样晶体12、相位补偿器16、检偏器14、可变衰减器17、平衡探测器15；部分探测光信号经起偏器9后直接入射到一块电光取样晶体12与太赫兹光脉冲信号重合；然后探测光再透过一只相位补偿器16后入射到检偏器14上，检偏器14的透过光被平衡探测器15的一个探头接收；探测光的另一部分则直接经可变衰减器17后被平衡探测器15的另一个探头接收。在无太赫兹电场的强度信号输入的情况下，调节可变衰减器17使进入平衡探测器15的两个探头的光功率相等，从而平衡探测器15的输出为零。在有太赫兹光入射平衡探测器15中，太赫兹光对探测光进行相位调制使得从检偏器14透光的光功率发生改变，从而改变平衡探测器15的输出信号。这种设计的消除背景噪声能力较差。另外，近0°光学偏置结构的线性动态范围较窄，综合性能比45°光学偏置结构差，比较少为人所采用。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种消背景噪声能力强、调制度大以及线性动态范围宽的用于测量太赫兹光脉冲的电光取样装置。

本实用新型实施例是这样实现的，一种用于测量太赫兹光脉冲的电光取样装置，包括起偏器和电光取样晶体，所述电光取样装置还包括：分束器、第一相位补偿器、第二相位补偿器、第一检偏器、第二检偏器以及平衡探测器；探测光经过所述起偏器后变成线性偏振光并与太赫兹光脉冲在所述电光取样晶体内部重合；所述分束器将透过所述电光取样晶体的被所述太赫兹光脉冲调制后的探测光分成两路；一路依次经过所述第一相位补偿器以及所述第一检偏器被所述平衡探测器的第一接收器接收；另一路依次经过所述第二相位补偿器以及所述第二检偏器被所述平衡探测器的第二接收器接收；所述平衡探测器的输出正比于所述第一接收器以及所述第二接收器接收的被所述太赫兹光脉冲调制后的探测光的功率差、且正比于所述太赫兹光脉冲的光场振幅。

其中，所述第一检偏器与所述第二检偏器分别与所述起偏器呈近正交设置。