[发明专利]基于频分复用的物质太赫兹波谱分析装置及分析测试方法

说明书

本发明提供一种基于频分复用的物质太赫兹波谱分析装置及分析测试方法，属于物质太赫兹波谱分析技术领域，频分复用微波信号激励太赫兹收发模块发射太赫兹信号，并接收反射太赫兹波信号发送给计算模块；第一传输控制模块对太赫兹信号进行波束整形；第二传输控制模块对透射太赫兹波信号进行分波定向传输；频分复用本振信号激励太赫兹波探测模块探测透射太赫兹波信号发送给计算模块；计算模块对反射太赫兹波信号和透射太赫兹信号进行计算处理，得到待测物质的太赫兹波谱。本发明提升了太赫兹波谱分辨率，提高了太赫兹信号输出功率，扩大了输出功率范围；实现了透射太赫兹波谱与反射太赫兹波谱的同步采集；实现了全电子学的高分辨率太赫兹波谱分析。

技术领域

本发明涉及物质太赫兹波谱分析技术领域，具体涉及一种基于频分复用的物质太赫兹波谱分析装置及分析测试方法。

背景技术

自然界中大部分物质在太赫兹频段具有明显响应，如许多生物大分子的振动和转动能级，半导体及超导材料等的声子振动能级都在太赫兹频段；许多大材料分子振动光谱在太赫兹波段存在很多特征吸收峰。基于上述现实，太赫兹波成为发现物质、认知物质的一种电磁媒介。

目前，最常用的物质太赫兹谱分析技术主要是借助太赫兹时域光谱仪与傅里叶变换光谱仪两种，两者均使用激光源作为宽频带光源，且都是利用时间延迟进行时域测量的方式获得光谱的时域波形，而后再利用傅里叶变换获取频域信息。

然而，上述两种物质太赫兹谱分析仪存在诸多缺陷，主要包括：频谱分辨率低(两者均为数GHz)，要获得较高的频谱分辨精度，只能通过加大时域扫描长度，导致仪器存在频谱精度极限，频谱边缘处仪器所需条件极为苛刻且信噪比难以保证；受限于宽谱源，动态范围较小(两者动态范围在20～30dB之间)；太赫兹信号功率较低(通常为μW量级)等。

上述缺陷导致无法充分了解待测物质的结构及组成成分，且待测物质的检测部位、检测环境和个体性状的差异都会影响鉴别结果的稳定性，测试时待测物质样品必须保持严格一致，否则检测结果可能出现较大的偏差；且只能测试物质分子内电子的跃迁信息及特定键合结构的振动能级信息，无法测量物质内部分子间弱相互作用、分子的集体振动转动信息，无法满足物质太赫兹谱精细测试的应用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太赫兹波谱分辨率高、且可输出功率范围广、实现了全电子学的高分辨率太赫兹波谱分析的基于频分复用的物质太赫兹波谱分析装置及分析测试方法，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一方面，本发明提供一种基于频分复用的物质太赫兹波谱分析装置，包括：

信号源模块，产生频分复用微波信号以及对应的频分复用本振信号；

太赫兹收发模块，被频分复用微波信号激励发射太赫兹信号，并接收待测物质反射的太赫兹波信号发送给计算模块；

第一传输控制模块，对太赫兹收发模块发射的太赫兹信号进行波束整形，实现高斯发散波束向结构化太赫兹波束的转换，并传输给待测物质；

第二传输控制模块，对透过待测物质的太赫兹波信号进行分波定向传输至太赫兹波探测模块；

太赫兹波探测模块，被频分复用本振信号激励对接收的太赫兹波信号进行探测后，发送给计算模块；

计算模块，对待测物质反射的太赫兹波信号和待测物质透射的太赫兹信号进行计算处理，得到待测物质的太赫兹波谱。

优选的，所述太赫兹收发模块包括若干路太赫兹收发一体单元，每一路太赫兹收发一体单元包括标准矩形金属波导频段，经多波段拼接频分复用微波信号实现若干路太赫兹波信号的发射，并接收待测物质反射的太赫兹波信号发送给计算模块。

优选的，所述第一传输控制单元包括整形单元与合束单元；