[发明专利]异步光学采样和双光梳集成的太赫兹波谱系统

说明书

本发明提供了一种异步光学采样和双光梳集成的太赫兹波谱系统，具有发射泵浦激光光梳的第一飞秒激光光源、发射探测激光光梳的第二飞秒激光源、第一光电导天线、太赫兹波汇聚组件以及第二光电导天线，泵浦激光光梳和探测激光光梳在频域上的间隔分别为第一预定重复频率和第二预定重复频率，在第一光电导天线上施加第一偏置电压，使第一预定重复频率下降到太赫兹频段形成发射太赫兹波光梳，使用太赫兹波汇聚组件对太赫兹波光梳进行传递并汇聚形成聚焦点，聚焦点位于第二光电导天线上，发射太赫兹波光梳和探测激光光梳通过多频外差过程产生射频域外差光梳信号。

技术领域

本发明属于太赫兹波技术领域，具体涉及一种异步光学采样和双光梳集成的太赫兹波谱系统。

背景技术

太赫兹(THz)波是位于微波和远红外线之间的电磁波。近年来，随着超快激光技术的发展，使得太赫兹脉冲的产生有了稳定、可靠的激发光源，使得人们能够研究太赫兹波及其与物质相互作用的特性。太赫兹在生物医学、安全监测、无损伤探测、天文学、光谱与成像技术以及信息科学等领域有着广泛的应用。异步光学采样和双光梳波谱是新型的光谱分析技术，因其成谱时间短、频率分辨率高、环境振动容忍度高等优势而倍受人们重视，其可以将传统波谱分析方法无法同时获得的宽光谱覆盖、高检测灵敏度、高分辨率、快速测量等优势集于一身，展现出无与伦比的综合性能。

自2002年S.Schiller首次提出概念(Optics Letters,2002,27(9):766-768)，2004年Keilmann等人首次验证有效性以来(Optics Letters,2004,29(13):1542-1544)，异步光学采样和双光梳波谱技术已带来了精密激光光谱领域的革命性进展。

但至目前为止，领域内还未将异步光学采样和双光梳波谱技术应用到实际制成的相应物理系统，而传统的技术采用单光源加移动部件(迈克耳逊干涉仪或光学延迟线)来实现波谱扫描时光谱信号的采集，这样的采集方式速度较慢且仅能进行时域信号信息的采集，导致光谱分辨率不高、系统性能效率不高。

发明内容

本发明是针对上述问题而进行的，目的在于提供一种较传统技术具有光谱分辨率高、扫描速度快、系统性能效率更高的优点的异步光学采样和双光梳集成的太赫兹波谱系统。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种异步光学采样和双光梳集成的太赫兹波谱系统，具有这样的特征，包括：第一飞秒激光源，用于发射在频域上间隔为第一预定重复频率的飞秒级的激光脉冲，并对第一预定重复频率进行锁定，从而形成泵浦激光光梳；第二飞秒激光源，用于发射在频域上间隔为第二预定重复频率的飞秒级的激光脉冲，并对第二预定重复频率进行锁定，从而形成探测激光光梳；太赫兹波生成组件，设置在泵浦激光光梳的光路上，用于产生发射太赫兹波光梳，包含第一光电导天线；太赫兹波汇聚组件，设置在发射太赫兹波光梳的光路上，用于改变发射太赫兹波光梳的传播方向并平行传递再形成汇聚点；以及射频域外差信号生成组件，设置在探测激光光梳的光路上，用于产生射频域外差光梳信号，包括第二光电导天线，第二光电导天线位于聚焦点上，其中，在第一光电导天线上施加有第一偏置电压，从而使得泵浦激光光梳通过第一光电导天线时，使得第一预定重复频率下降到太赫兹频段，进而形成发射太赫兹波光梳，发射太赫兹波光梳和探测激光光梳在第二光导天线上的汇聚点重合，通过多频外差过程产生射频域外差光梳信号。

在本发明提供的异步光学采样和双光梳集成的太赫兹波谱系统中，还可以具有这样的特征，还包括：双光子探测器，与第一飞秒激光源和第二飞秒激光源电连接，用于产生系统触发脉冲信号，将系统触发脉冲信号作为系统信号采集起始点，放大器与第二光电导天线电连接，用于将射频域外差信号进行信号放大，数据采集转换模块与放大器和双光子探测器电连接，在触发信号的作用下进行时域信号采集，再通过对时域探测波谱进行傅里叶变换得到频域探测波谱，该频域探测波谱为全频域波谱。