[发明专利]一种具有分布式测温功能的太赫兹时域光谱和成像系统

权利要求书

1.一种具有分布式测温功能的太赫兹时域光谱和成像系统，其特征在于，包括飞秒激光器、一级光纤分路器、太赫兹光谱单元、脉冲光调制单元、分布式光纤传感器单元和信号采集处理单元，一级光纤分路器将飞秒激光器产生的飞秒脉冲激光分为激发光和激励光，激发光传输到太赫兹光谱单元产生携带样品信息的电流信号，激励光经脉冲光调制单元调制为调制脉冲光，调制脉冲光输送到分布式光纤传感器单元产生携带温度信息的模拟信号，信号采集处理单元分别与太赫兹光谱单元和分布式光纤传感器单元连接，采集并处理携带样品信息的电流信号和/或携带温度信息的模拟信号。

2.根据权利要求1所述的具有分布式测温功能的太赫兹时域光谱和成像系统，其特征在于，所述脉冲光调制单元包括光纤隔离器、脉冲展宽装置和电光调制器，光纤隔离器与一级光纤分路激励光输出端连接，约束激光传输方向，脉冲展宽装置和光纤隔离器连接，对飞秒激光脉冲进行定量展宽，将飞秒级脉冲展宽至纳秒级，电光调制器和脉冲展宽装置连接，用于飞秒脉冲序列的幅度调制，得到调制脉冲光。

3.根据权利要求2所述的具有分布式测温功能的太赫兹时域光谱和成像系统，其特征在于，所述分布式光纤传感器单元包括粗波分复用器、感温光纤和光电探测器，粗波分复用器和电光调制器连接，粗波分复用器通过第二端口与电光调制器连接，感温光纤与粗波分复用器的第一端口连接，调制脉冲光在光纤中的传输，产生反斯托克斯光，携带光纤不同位置温度信息的反斯托克斯光返回粗波分复用器，光电探测器与粗波分复用器的第三端口连接，在与输出调制信号同步脉冲触发下，将返回的携带光纤不同位置温度信息的反斯托克斯光进行光电转换，输出模拟信号。

4.根据权利要求3所述的具有分布式测温功能的太赫兹时域光谱和成像系统，其特征在于，所述太赫兹光谱单元包括二级光纤分路器、光纤延迟线、调制偏压源、太赫兹发射天线和太赫兹探测天线，二级光纤分路器与一级光纤分路的激发光输出端连接，将激发光分为泵浦光和探测光，二级光纤分路器的泵浦光输出端与太赫兹发射天线连接，调制偏压源与太赫兹发射天线连接，用于产生偏置电压，二级光纤分路器探测光输出端通过光纤延迟线与太赫兹探测天线连接，在泵浦光和调制偏压源的共同作用下，太赫兹发射天线产生脉冲太赫兹波，太赫兹波经过自由光路准直后再重新聚焦到太赫兹探测天线上，与此同时，经过二级光纤分路器输出的探测光通过光纤延迟线后在太赫兹探测天线上相遇，并在光电导天线产生自由载流子，自由载流子在太赫兹探测天线产生感应电场下产生迁移，形成与太赫兹信号强度成正比的电流信号。

5.根据权利要求4所述的具有分布式测温功能的太赫兹时域光谱和成像系统，其特征在于，所述信号采集处理单元包括信号采集和数据处理单元以及PC机，信号采集和数据处理单元与太赫兹探测天线连接，采集与太赫兹信号强度成正比的电流信号，信号采集和数据处理单元与飞秒激光器连接，控制飞秒脉冲激光的产生，信号采集和数据处理单元与调制偏压源连接，控制偏置电压的产生，信号采集和数据处理单元与电光调制器连接，发送给电光调制器调制信号，信号采集和数据处理单元与光电探测器连接，采集输出的模拟信号，PC机与信号采集和数据处理单元连接，用于综合系统的数据处理、分析、可视化展示以及存储。为避免不同系统间的流程交叉，信号采集和数据处理单元包含异步模式工作的两路调制信号输出和两个采集通道，其中一路调制信号输出与飞秒激光器、调制偏压源连接，其中一个采集通道与太赫兹探测天线连接，另一路调制信号输出与电光调制器连接，另一个采集通道与光电探测器连接。

6.根据权利要求5所述的具有分布式测温功能的太赫兹时域光谱和成像系统，其特征在于，经过一级光纤分路器后，用于太赫兹光谱和成像系统的光功率一般不小于80mw，用于光纤温度传感系统的光功率一般不大于10mw，经过电光调制器后的平均功率不大于2mw。

7.根据权利要求6所述的具有分布式测温功能的太赫兹时域光谱和成像系统，其特征在于，为保证传感系统良好的信噪比水平，电光调制器的消光比参数不小于35dB。

8.根据权利要求7所述的具有分布式测温功能的太赫兹时域光谱和成像系统，其特征在于，在隔离器前放置光纤扰偏器，将线偏振光转化为自然偏振光。