[发明专利]基于单模光纤的太赫兹脉冲单次探测系统及探测方法

说明书

技术领域

本发明属于“太赫兹时域光谱系统研究”技术领域，具体涉及一种基于单模光纤的太赫兹脉冲单次探测系统，实现了激光脉冲展宽与加啁啾过程的简化，及太赫兹脉冲的单次探测。

背景技术

“太赫兹波”是对一个特定波段电磁波的统称，是指振荡频率介于0.1～10THz之间的频谱范围，在电磁波谱中位于毫米波和红外波之间，因此也称“亚毫米波”。“太赫兹波”因其处于电子学向光子学过渡的特殊位置，因而具有“极性-非极性材料的选择透过性”、“单光子能量较低的操作安全性”、以及“指纹光谱检测与分析”等独特的性质，具有非常重要的研究价值和应用前景。“太赫兹光谱学”已在生物学、医药学、材料学、化学以及军事国防等诸多领域展现出巨大的应用潜力，并迅速成为前沿热门研究方向。

“太赫兹时域光谱技术”是近年来一种新兴的光谱检测与分析技术，是“太赫兹光谱学”的核心研发领域。通过“太赫兹时域光谱技术”可以得到样品的时域电场信息，经过傅里叶变换之后，即可得到样品在频域上的对应幅值和相位信息。这一特点使得此技术的研究得到了极大的关注。同时，“太赫兹时域光谱技术”所具有的“相干探测属性”、“高时间分辨率”和“高灵敏度”也为科研工作者们展现了一个全新的光谱学研究视角。

目前，“太赫兹时域光谱系统”普遍采用“扫描探测”的方法，这在进行诸如“生物组织样品成像”时会牺牲大量的时间成本；同时，应用“扫描探测”的“太赫兹时域光谱系统”又要求太赫兹源具有较高的重复频率，这就大大限制了此技术的应用领域。针对上述问题，近年出现的“太赫兹单次探测技术”虽可实现对单个太赫兹脉冲的时域测量，但此类系统一般采用分离光学元件构成探测光路的激光脉冲展宽和啁啾化装置，使得系统整体体积大、结构复杂、成本较高，集成性和便携性较差。

发明内容

本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于单模光纤的太赫兹脉冲单次探测系统及探测方法，实现激光脉冲展宽与加啁啾过程的便化，及太赫兹脉冲的单次探测，解决现有的太赫兹单次探测系统整体体积大、结构复杂、成本较高，集成性和便携性较差等问题。

本发明采用的技术方案是：

1、一种基于单模光纤的太赫兹脉冲单次探测系统，包括飞秒激光器、分束镜、第一光纤耦合器、单模光纤、光纤准直器、起偏器、金反射镜、聚焦透镜、光丝、太赫兹脉冲、特氟龙板、第一离轴抛物面镜、第二离轴抛物面镜、薄膜合束镜、电光晶体、检偏器、第二光纤耦合器、多模光纤、光纤光谱仪；

其中所述飞秒激光器，用于发射飞秒激光脉冲，提供系统所需的光能量；所述分束镜，用于将飞秒激光脉冲分成泵浦激光脉冲和探测激光脉冲，泵浦激光脉冲直接透射分束镜，探测激光脉冲被分束镜以90度反射；所述第一光纤耦合器，用于将探测激光脉冲耦合进单模光纤中；所述单模光纤，当探测激光脉冲在其中传输时，用于对探测激光脉冲进行展宽和加啁啾；所述光纤准直器，用于将展宽和加啁啾后的探测激光脉冲准直输出到自由空间；所述起偏器，用于给探测激光脉冲设置一个初始的线偏振方向；所述金反射镜，用于反射泵浦激光脉冲，改变其传输方向；所述聚焦透镜，用于聚焦泵浦激光脉冲；所述光丝，是由泵浦激光脉冲在自由空间中受到聚焦而产生，位于聚焦透镜的几何焦点附近；所述太赫兹脉冲，是由光丝辐射而来；所述特氟龙板，用于滤掉太赫兹脉冲中混杂的泵浦激光脉冲，只让太赫兹脉冲透过；所述第一、第二离轴抛物面镜，用于收集和汇聚太赫兹脉冲；所述薄膜合束镜，用于将太赫兹脉冲和探测激光脉冲进行合束，使之沿同一路径共线传输至电光晶体；所述电光晶体，利用太赫兹脉冲在电光晶体中的电光效应，使探测激光脉冲的线偏振态发生改变，即线偏振角度发生变化；所述检偏器，用于将探测激光脉冲经过电光晶体后的线偏振态变化检测出来，透射检偏器的探测激光脉冲的幅值正比于太赫兹脉冲的幅值；所述第二光纤耦合器，用于将从检偏器透射的探测激光脉冲耦合进多模光纤中；所述多模光纤，用于将探测激光脉冲传输至光纤光谱仪中；所述光纤光谱仪，用于探测和记录探测激光脉冲的频谱信息。

2、一种基于单模光纤的太赫兹脉冲单次探测方法，步骤包括：

第一步、飞秒激光脉冲通过分束镜，分成泵浦激光脉冲和探测激光脉冲；

第二步、探测激光脉冲经第一光纤耦合器，耦合进单模光纤中，在传输过程中进行展宽和加啁啾，之后从光纤准直器出射，再从起偏器透射；

第三步、泵浦激光脉冲经金反射镜反射后，经聚焦透镜聚焦，在空气中形成光丝，并辐射出太赫兹脉冲；

第四步、太赫兹脉冲从特氟龙板透射后，经第一离轴抛物面镜准直，再经第二离轴抛物面镜汇聚；