[发明专利]一种用于太赫兹波探测系统的光路平衡调节装置

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹波探测技术领域，尤其涉及一种用于太赫兹波探测系统的光路平衡调节装置。

背景技术

太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长在0.03mm到3mm范围，介于微波与红外之间。太赫兹波具有很多独特的性质，比如低辐射特性，应用于生物医学检测时对生物样品的损伤小；许多生化大分子的振动和转动能级、超导体的能隙频率、材料在磁场中的朗道能级等都位于太赫兹波附近，因此太赫兹波可作为一种探针，提供关于物质的物理、化学及生物成分、波谱特性、分子、量子相互作用过程等重要信息；对非极化物质有很好的穿透性，能穿透衣物及普通包装材料，因此可以清晰检测人体携带的隐藏武器装备；太赫兹波能够实现比微波更高的分辨率、更精确的定位或成像，在对目标进行侦察、识别等方面的应用有很大潜力。太赫兹波的这些特性在基础科学研究、国家安全和社会民生等方面具有广大的应用前景。太赫兹时域光谱技术的基本原理是利用飞秒脉冲产生并探测时间分辨的太赫兹电场，通过傅立叶变换获得被测物品的光谱信息，由于大分子的振动和转动能级大多在太赫兹波段，而大分子，特别是生物和化学大分子是具有本身物性的物质集团，进而可以通过特征频率对物质结构、物性进行分析和鉴定。太赫兹时域光谱技术中最关键的环节是太赫兹波的探测，自由空间电光取样是典型的探测方法。在探测时，首先要调节1/4波片，使得飞秒探测光通过沃拉斯顿棱镜时的两束光强相等，也就是两束相等的光照射到差分光电二极管后输出的电流为零。如今，现有的调节两束光强相等的方法大多是借助于检测人员的经验，通过手动调节1/4波片，靠检测人员的肉眼观察光强的强弱，不仅费时，而且调节精度较低，影响最终的太赫兹波探测结果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于太赫兹波探测系统的光路平衡调节装置，能够根据探测系统的光电二极管差分电路输出的信号对1/4波片进行自动调节，实现光路平衡。

一种用于太赫兹波探测系统的光路平衡调节装置，所述太赫兹波探测系统包括1/4波片、支撑所述1/4波片的波片镜架、沃拉斯顿棱镜、光电二极管差分电路以及锁相放大器，1/4波片接收飞秒激光并调整其偏振态，沃拉斯顿棱镜接收偏振态调整后的飞秒激光，并产生s偏振光和p偏振光；所述光电二极管差分电路接收所述s偏振光和p偏振光，并产生差分信号；所述波片镜架上设有调节旋钮，拨动调节旋钮可使得1/4波片旋转，从而调节1/4波片的出射光的偏振态；所述光路平衡调节装置包括开关切换电路、运算放大电路、电压转换电路、A/D转换电路、单片机控制电路、步进电机驱动电路、步进电机以及齿轮副；

所述调节旋钮上固定从动齿轮；所述步进电机的电机轴上固定与所述从动齿轮啮合的主动齿轮；

所述开关切换电路接收所述光电二极管差分电路输出的差分信号,并对所述的差分信号进行处置，当光路处在平衡调节状态时，将所述差分信号发送至运算放大电路；当光路平衡后，将所述差分信号发送至所述锁相放大器，切断运算放大电路、电压转换电路、A/D转换电路、单片机控制电路、步进电机驱动电路以及步进电机的电源，开始太赫兹波的探测；

所述运算放大电路对所述差分信号进行放大；

所述电压转换电路将放大后差分信号电压调整到0-5伏范围内；

所述A/D转换电路对电压调整后的差分信号由模拟信号转换成数字信号；

所述单片机控制电路接收到所述数字差分信号后，判断其是否在设定的阈值范围之内：如果否，向步进电机驱动电路发送光路平衡调整的信号；如果是，发送停止光路平衡调整的信号；

所述步进电机驱动电路根据所述数字差分信号的大小产生驱动步进电机运转的信号，由此驱动主动齿轮带动1/4波片转动，调节1/4波片出射的光信号的偏振态，从而使得沃拉斯顿棱镜输出的s偏振光和p偏振光照射到所述光电二极管差分电路后，差分信号的大小在所述设定的阈值范围之内；

所述开关切换电路包括4个单刀双掷开关，分别为K1，K2，K3和K4，4个单刀双掷开关的1引脚为动端，2引脚和3引脚为不动端；所述运算放大电路和电压转换电路均采用运算放大器AD822AN芯片；