[发明专利]便携式太赫兹时域光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种便携式太赫兹时域光谱仪。属于新型太赫兹时域光谱仪器结构技术领域。

背景技术

太赫兹(THz)波是介于红外线和毫米波之间的一个特殊频段，通常是指频率在0.1THz到10THz(1THz＝10¹²Hz)之间。太赫兹波的特殊的性质，给通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。太赫兹脉冲光源相比于传统光源主要具有瞬态性、相干性、宽带性、低能性、部分材料穿透性、指纹谱等特点。在过去十几年里，太赫兹应用已经逐渐渗透到物理、传感、通讯、生命科学等领域。

太赫兹时域光谱技术是太赫兹的主要应用之一，在无损检测、毒品检测、粮食选种和安全检查方面有其独特的优势。目前，太赫兹时域光谱技术大多采用光电导天线发射太赫兹波，用光电导天线或者电光采样的方式探测太赫兹波。前者具有结构小巧、探测信噪比高的优点；后者所需的探测脉冲能量低、高灵敏度和探测带宽等优点。然而，目前太赫兹时域光谱技术大多是建立在实验室里面，均存在系统体积大，便携性差，并且光谱检测速度慢、操作复杂等缺陷。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种便携式太赫兹时域光谱仪装置。该装置只需将样品放入测量模块中即可对实现对样品快速测量其透射太赫兹光谱，同时采用高低平面反射镜将太赫兹波传输光路进行上下空间折叠，极大节省了空间结构，为太赫兹时域光谱仪的便携式设计提供新的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种便携式太赫兹时域光谱仪，其包括：

用于输出太赫兹泵浦光和探测光的飞秒脉冲光纤激光器模块；

用于控制太赫兹传输光路的光路爬高模块；

用于产生太赫兹脉冲的太赫兹发射模块；

用于探测携带样品太赫兹光谱信息的太赫兹探测模块；

用于采集和分析太赫兹时域光谱数据的数据处理及仪器控制模块；以及

用于供电的电源模块。

作为优选方案，所述光路爬高模块包括分束镜、平面反射镜、第一镀金离轴抛物面镜、第二镀金离轴抛物面镜和样品平台，所述分束镜与平面反射镜竖直方向平行设置，所述第一镀金离轴抛物面镜与第二镀金离轴抛物面镜竖直平行、共焦设置，所述样品平台设置于第一镀金离轴抛物面镜和第二镀金离轴抛物面镜之间的公共焦点处，飞秒脉冲激光经过分束镜后被分成泵浦光和探测光两部分，其中，所述探测光直接从分束镜透射进入太赫兹探测模块中，所述泵浦光被分束镜前表面和平面反射镜入射进太赫兹发射模块中。所述的太赫兹发射模块产生的太赫兹波被第一镀金离轴抛物面镜汇聚入射在样品平台上，然后透射的太赫兹波入射在第二镀金离轴抛物面镜上，太赫兹波最终被太赫兹探测模块收集。

作为优选方案，所述太赫兹发射模块包括：透镜、第一光电导天线、第三镀金离轴抛物面镜和若干平面反射镜。若干所述平面反射镜设置在光路爬高模块后方，与透镜、第一光电导天线和第三镀金离轴抛物面镜等放置与同一水平面上，泵浦光经过光路爬高模块后，经过平面反射镜和透镜后，被耦合进第一光电导天线上，辐射出太赫兹波，第一光电导天线放置在镀金离轴抛物面镜的焦点上辐射出的太赫兹波经过第三镀金离轴抛物面镜后入射进光路爬高模块中。

作为优选方案，所述太赫兹探测模块包括：光学延迟线、透镜、第二光电导天线、第四镀金离轴抛物面镜、锁相放大器和若干平面反射镜。太赫兹探测模块中的所有器件都与探测光处于同一水平面上，探测光先经过平面反射镜进入光学延迟线中，然后经过透镜被耦合进第二光电导天线中，进入太赫兹探测模块中的太赫兹波被第四镀金离轴抛物面镜收集耦合进第二光电导天线中，将太赫兹波信号转换成微弱的电压信号。

作为优选方案，所述数据处理及仪器控制模块包括：数据采集卡和计算机，用于采集和分析电压信号，获取样品的太赫兹光谱信息。

作为优选方案，所述电源模块包括：飞秒脉冲光纤激光器的电源、锁相放大器的电源和电机控制盒及控制盒电源。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、利用镀金离轴抛物面镜的结构特点，将太赫兹传输光路在空间上设计为上下两层折叠结构，极大减小了太赫兹时域光谱仪的平面尺寸；

2、这种上下两层折叠结构的运用，还可以增加太赫兹时域光谱仪的内部容积，可以仪器内部集成更多仪器，如锁相放大器、飞秒脉冲光纤激光器、电源等，可充分利用仪器内部的空间；