[发明专利]太赫兹时域光谱辐射与检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，特别是涉及太赫兹时域光谱辐射与检测装置。

背景技术

太赫兹(THz，1THz＝10¹²Hz)频段是指频率从0.1THz到10THz、波长介于微波与红外光之间的电磁辐射区间。太赫兹辐射因其时间尺度短，因此可以提供超快时间分辨光谱的能力，可以用于透过生物体、电介质材料、气相物质等一些材料，通过分析样品材料的透反射太赫兹信号便可以获得关于材料的成分，以及物理、化学、生物学状态等信息。还因为太赫兹波的频带较广，以及其光子能量小，不会对检测物质造成损害，使得太赫兹技术可以应用于成像、光谱分析、无损检测以及高速无线通信等诸多领域。

为了使太赫兹光谱仪系统小型化以及增强稳定性，一般采用光纤传输的方法。而传统实心光纤技术由于色散问题必须使用光栅或一对棱镜进行色散补偿；其次由于自相位调制导致脉冲展宽限制了用于太赫兹辐射装置和探测装置的最高脉冲能量。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种具有色散补偿且激光脉冲传输效率高的太赫兹时域光谱辐射与检测装置。

一种太赫兹时域光谱辐射与检测装置，包括飞秒激光器、分束镜、用于放置待测样品的样品台、信息处理装置、第一光路组件以及第二光路组件，所述飞秒激光器辐射的飞秒激光经所述分束镜将所述飞秒激光分为泵浦光和探测光；其中，

所述第一光路组件包括第一光纤耦合器、第一光纤和太赫兹发射装置；

所述第二光路组件包括第二光纤耦合器、第二光纤和太赫兹探测装置；

所述泵浦光经第一光路组件产生太赫兹脉冲，且所述太赫兹脉冲照射在所述待测样本上后被所述太赫兹探测装置接收；所述探测光经所述第二光纤耦合器、第二光纤照射在所述太赫兹探测装置产生探测信号，所述探测信号传输到所述信息处理装置中做进一步信号处理；

所述第一光纤和第二光纤均为空心光子晶体光纤。

在其中一个实施例中，所述空心光子晶体光纤包括空心芯和环绕所述空心芯的圆柱孔阵列的包层；所述空心芯的直径大于等于所述圆柱孔的直径。

在其中一个实施例中，所述空心芯的直径与所述圆柱孔直径的比值大小的范围为1～4。

在其中一个实施例中，所述圆柱孔的横截面为圆形、六芒星形或六边形的一种。

在其中一个实施例中，所述太赫兹时域光谱辐射与检测装置中还包括光隔离器，所述光隔离器放置在所述飞秒激光器和分束镜之间。

在其中一个实施例中，所述第一光路组件中还包括硅片，用于滤除杂光，仅让所述太赫兹脉冲透过；所述硅片设置在所述太赫兹发射装置与所述样品台之间。

在其中一个实施例中，所述第一光路组件中还包括第一二分之一波片，用于调节所述飞秒激光的偏振方向；所述第一二分之一波片设置在所述分束镜和第一光纤耦合器之间。

在其中一个实施例中，所述太赫兹发射装置为有源的光电导天线或无源的倍频晶体中的一种。

在其中一个实施例中，所述第二光路组件中还包括沿所述探测光传播方向的延迟线装置、斩波器、第二二分之一波片；所述斩波器用于为所述信息处理装置提供调制频率；所述第二二分之一波片用于调节所述探测光的偏振方向。

在其中一个实施例中，所述飞秒激光器为钛-蓝宝石激光器，辐射65飞秒的激光脉冲，脉冲中心波长的范围为768～788纳米。

上述太赫兹时域光谱辐射与检测装置中，通过光纤耦合器将飞秒激光器输出的激光耦合至空心光子晶体光纤中，使激光脉冲在空心光子晶体光纤中传输时产生的二阶光纤色散为负值，与经过光隔离器、分束片等产生的正色散相互中和。这样就可以避免传统实心光纤需要光栅或一对棱镜补偿色散的不便与开销。其次，由于脉冲基本在空心中传输，对于几十飞秒脉宽的脉冲，其能量可高达几百纳焦，且不会由于自相位调制导致脉冲展宽，为太赫兹辐射装置和探测装置提供了高能量的激光脉冲。

附图说明

图1为太赫兹时域光谱检测装置的光路图；

图2为扫描电子显微镜下空心光子晶体光纤的剖面示图。

图中标号:飞秒激光器1、反射银镜2、3、14、光隔离器4、分束镜5、第一二分之一波片6、第一光纤耦合器7、第一光纤8、太赫兹发射装置9、硅片10、样品台11、延迟线装置12、斩波器13、第二二分之一波片15、第二光纤耦合器16、第二光纤17、太赫兹探测装置18和信息处理装置19。

具体实施方式