[发明专利]一种提高太赫兹光学检测系统频谱信噪比的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号处理技术，特别涉及一种提高太赫兹光学检测系统频谱信噪 比的方法。

背景技术

太赫兹（THz）波是指频率在0.1至10THz（波长在30μm至3mm）区间的远红外电磁辐射，其波段位于微波和红外光之间，是电磁波谱上由电子学向光子学过渡的特殊区域。正是由于太赫兹波段的特殊位置，太赫兹具有很多独特的性质，例如：良好的透射性，可作为X射线成像和超声波成像等技术的补充；安全性，太赫兹波的光子能量很低，频率为1THz的太赫兹波的光子能量约为4meV，大约为X射线光子能量的倍，因此不会对生物组织产生有害的电离，适合于对生物组织进行活体检查。光谱分析本领强，包含丰富的光谱信息，大量的分子其转动和振动跃迁在这一频段表现出强烈的吸收和色散性质，且不同的生物分子有不同的特征光谱，因此太赫兹光谱分辨特性在太赫兹探测技术上不仅可以辨别物体形貌而且可以鉴别物质成分。

太赫兹脉冲的时域波形可以在飞秒时间尺度上以很高的精度测量出来。太赫兹波的典型脉宽在亚皮秒量级，不但可以进行皮秒、飞秒时间分辨的瞬态光谱研究，而且可以通过取样测量技术有效地防止背景辐射噪声干扰。太赫兹波的测量信噪比可大于，远高于傅立叶变换红外光谱测量技术。虽然太赫兹波在生物检测方面有较好的应用前景，但是目前对太赫兹波缺乏有效的调制手段。比如：R.Kersting等人设计的太赫兹调制器需要极低的温度才能运作；JiushengLi和M.Koch等人设计的电控、温控和磁控太赫兹光子调制器，调制深度或者插入损耗等性能指标都不甚理想；T.Kleine-Ostman等人设计的太赫兹调制器只能对太赫兹信号进行振幅调制,并且调制范围小；J.Saxler等人设计的太赫兹调制器调制频率不够快，只能达到几千赫兹。鉴于之前的太赫兹光谱调制方式或是要求条件过于严苛，或是调制效果不尽如人意，均不适用于生物样品的检测。

发明内容

本发明是针对现在太赫兹光谱调制不能满足生物样品的检测要求的问题，提出了 一种提高太赫兹光学检测系统频谱信噪比的方法，该方法通过在太赫兹光学检测系统中添 加空间光调制器对泵浦光进行调制，使产生的太赫兹光谱集中于样品吸收峰较为集中的频 段，使检测得到的谱线信噪比提高，样品特征峰更丰富、更明显，是一种可以便捷、高效、迅 速地获得高信噪比、高精细度太赫兹频谱的方法。

本发明的技术方案为：一种提高太赫兹光学检测系统频谱信噪比的方法，具体包 括如下步骤：

1）搭建光路：由飞秒激光器出射的激光，通过分束器时被分为两个部分，反射光束经过 整形装置，再依次通过反光镜组的反射，到达太赫兹发生装置，产生的太赫兹光通过样品检 测装置后到达太赫兹探测装置，另一束透射光线通过衰减器后经过延时装置后通过反射镜 到达太赫兹探测装置，两路光束的光程相等；其中整形装置依次包括第一光栅、第一透镜、 第一反射镜、空间光调制器、第二反射镜、第二透镜以及第二光栅，第一光栅和第一透镜将 超短激光脉冲色散成各个光频成份，在两个透镜的光路中间位置上插入可编程的空间光调 制器对光频进行调制，随后的第二透镜和第二光栅将各个成份再进行收集和空间压缩；

2）通过光路采集初始信号：首先将液晶空间光调器设置为不进行调制的状态，样品检 测装置中不放样品时，先测一次太赫兹时域信号，傅里叶变换后的频域谱线作为参考信号； 再在样品检测装置中放入样品，未调制的太赫兹波透射通过样品，对测得的时域信号进行 傅里叶变换，获得样品在频域上的完整谱线，与参考信号比对计算后获得初次采样的吸收 谱线，通过观察获得样品特征峰较为集中的频段范围；

3）将步骤2）所得频段范围输入到控制液晶空间光调制器的计算机软件中，使得液晶空 间光调制器对泵浦光进行调制，得到新产生的太赫兹波能量集中于样品的特征峰频段，再 重复采集无样品时的参考信号和放置样品后的样品信号，以获得高信噪比的频谱数据。

所述空间光调制器调制空间色散的各光频成份的振幅和位相。

所述空间光调制器选液晶光阀、铁电液晶空间光调制器和液晶微显示面板中的任 意一种。

所述空间光调制器利用液晶分子的旋光偏振性和双折射性对泵浦光各光频成份 的振幅和相位进行调制，使新产生的太赫兹波能量集中于被扫描样品特征峰所在频段，以 获得高信噪比的频谱数据。