[实用新型]一种实时偏振敏感的太赫兹时域椭偏仪

说明书

本实用新型公开了一种实时偏振敏感的太赫兹时域椭偏仪，其装置包括飞秒激光器、光学分束片BS、阵列光电导天线、离轴抛物面镜、太赫兹起偏器、反射模块、电光晶体、机械延迟线、光学起偏器、四分之一波片、探测装置，其中探测装置由光学分束片NPB、二分之一波片、沃拉斯顿棱镜、探测端组成。实时偏振敏感的太赫兹时域椭偏仪将太赫兹时域椭偏仪和实时的偏振敏感探测结合起来，单次测量就可以同时获得太赫兹脉冲电场的P偏振和S偏振分量。利用实时偏振敏感的太赫兹时域椭偏仪测量样品光学常数，提高了实验效率和数据的精度。

技术领域

本实用新型涉及太赫兹技术领域，特别是涉及一种实时偏振敏感的太赫兹时域椭偏仪。可以应用于工业上快速获取在光学和红外波段不透明介质的厚度。

背景技术

太赫兹(THz)是频率在0.1THz-10THz的电磁波。物质中原子分子的振动和转动能级一般都落在这一波段，因此在对材料的表征及机理研究中有着非常重要的地位。然而，这一波段辐射源和探测器的限制使其光谱仪器设备的开发依然不成熟。基于飞秒激光的太赫兹时域光谱技术可以同时测量幅度项和相位项，从而不需要Kramers-Kronig关系或者物理模型就可以获得物质的光学常数。在太赫兹波段“光学厚(Optically dense)”的物质，一般采用太赫兹时域反射光谱法。但是，这一光谱技术中不可避免的相位误差导致无法直接通过实验的方法获得物质的光学常数。

太赫兹时域椭偏光谱法是一种有望解决“光学厚”样品的测量的技术。作为一种相干的探测手段，其只需要获得S偏振和P偏振的时域脉冲就可以完成测量。目前，数据测量的精度(precision)和系统的准度(accuracy)限制了太赫兹时域椭偏仪的发展。系统的准度的问题是由于现有太赫兹波段光学元器件的质量不够和光学系统的光束传输方向未完全校准等原因导致的。要解决这一问题，实验员需要从后期的系统校准和前期光学系统设计这两方面着手。数据测量的精度问题是由于传统太赫兹时域光谱系统的探测器的偏振选择性导致的。要得到S偏振和P偏振信息，一般要人为的旋转太赫兹起偏器。因此，要确定一个样片光学常数就需要分别测量S偏振和P偏振分量。这样不仅降低了实验效率，而且会引入光谱设备自身的不稳定性。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的是在太赫兹时域椭偏仪中实现单次测量太赫兹电场的P偏振和S偏振分量来确定样品的光学常数，提高实验效率和数据的精度。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种实时偏振敏感的太赫兹时域椭偏仪，包括飞秒激光器、光学分束片、阵列光电导天线、离轴抛物面镜、太赫兹起偏器、反射模块、电光晶体、机械延迟线、光学起偏器、四分之一波片和探测装置；

所述飞秒激光器用于提供飞秒激光；

光学分束片BS设置在飞秒激光光路上，将飞秒激光分为探测光和泵浦光；

所述探测光进入机械延迟线，再经过光学起偏器和四分之一波片后，被调制为圆偏振态，入射到电光晶体上；

所述泵浦光经过阵列光电导天线后辐射出太赫兹脉冲；

所述太赫兹脉冲依次经过离轴抛物面镜PM1、太赫兹起偏器WG、离轴抛物面镜PM2、反射模块、离轴抛物面镜PM3和离轴抛物面镜PM4后，被汇聚到电光晶体上，和所述探测光重合后进入探测装置；

所述探测装置由光学分束片NPB、两个二分之一波片、两个沃拉斯顿棱镜、平衡探测器DS和平衡探测器DP组成；

所述光学分束片NPB设置于电光晶体后，将脉冲分为两束，第一束脉冲经二分之一波片、沃拉斯顿棱镜后输入DS探测器；第二束脉冲经二分之一波片、沃拉斯顿棱镜后输入DP探测器。

优选地，所述光学分束片BS为1∶9的光学分束片。

优选地，所述光电导天线上加有调制频率为22kHz的方波偏置电压。