[发明专利]THz-TDS测试样品时反射脉冲干涉滤除方法、系统、介质及装置

说明书

本发明提供一种THz‑TDS测试样品时反射脉冲干涉滤除方法、系统、介质及装置，包括：按照常规THz‑TDS测试方法，获取样品的时域信号Tsubgt;Sam/subgt;(t)以及样品的吸收谱信号A(f)；对Tsubgt;Sam/subgt;(t)中的主脉冲与第一级反射脉冲进行时域分析，获取两者对应的时域延时量Δt；对A(f)进行N点离散傅里叶变换得到横坐标为光程差的吸收谱干涉曲线S(tsubgt;i/subgt;)和反射脉冲待滤波信号I(tsubgt;i/subgt;)＝|S(tsubgt;i/subgt;)/N|supgt;2/supgt;，(i＝0,1,…,N‑1)；结合Δt对I(tsubgt;i/subgt;)进行滤波迭代得到反射脉冲滤波后信号Isubgt;new/subgt;(tsubgt;i/subgt;)；将I(tsubgt;i/subgt;)和Isubgt;new/subgt;(tsubgt;i/subgt;)进行比较得到对应滤波段的幅度衰减系数asubgt;i/subgt;＝[Isubgt;new/subgt;(tsubgt;i/subgt;)/I(tsubgt;i/subgt;)]supgt;1/2/supgt;，得到滤波修正后的离散傅里叶变换Ssubgt;new/subgt;(tsubgt;i/subgt;)；对Ssubgt;new/subgt;(tsubgt;i/subgt;)进行离散傅里叶逆变换，得到滤除干涉后的吸收谱：Asubgt;new/subgt;(f)＝IFFT[Ssubgt;new/subgt;(tsubgt;i/subgt;)]。本发明无需先验获取样品色散信息或反射脉冲信号出现的精确时域位置，实现对于吸收谱反射峰干涉条纹高效率的滤波。

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，特别是涉及一种THz-TDS测试样品时反射脉冲干涉滤除方法、系统、介质及装置。

背景技术

太赫兹时域光谱技术(TDS)是一种新兴的物质检测手段，该技术通过产生时域上持续时间为数个皮秒(ps)量级的窄脉冲信号，通过时域频域的快速傅里叶变换(FFT)，获取频域上覆盖数个太赫兹(THz)范围的宽谱辐射。这种方式产生和探测的信号具有相干测量能力，可同时获取高灵敏度的物质吸收光谱和时间分辨的相位信息,从而获取被测物质更为丰富的光谱数据。运用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)技术可对不同形态的物质进行光谱测量发现凝聚态物质的声子频率、大分子的振动光谱均在THz波段有很多特征峰,液体中的载流子对THz辐射也有非常灵敏的响应，此外，太赫兹波段对于测试物质分子内的低频集体振动，分子间的弱相互作用氢键和范德华力的延伸，大分子的骨架振动构型弯曲，偶极子的旋转和振动跃迁以及晶体中晶格的低频吸收频率以及声子振动模式等，均具有特征的响应。大量有机大分子基团在太赫兹波段表现出明显且独特的吸收和色散特性，可通过测试物质的太赫兹光谱，得到对应的分子结构信息、光谱指纹吸收以及化学成分含量等，成为研究生化大分子有机构型和结构等方面性质的一种有力工具。

利用THz-TDS进行物质太赫兹特征光谱的检测，通常采用透射式的测量方式，并在测量前，将待测样片进行研磨和压片制样，行成尺寸和厚度都较为标准的样片，通过改善样片表面的光洁度，降低由颗粒引入的散射和反射影响，并约束样片的厚度，确保位于聚焦太赫兹波束的共焦范围内。这种测量方式的输入信号功率较大，聚焦光斑约束尺寸较小，因此能得到信噪比和准确率较高的物质太赫兹波段吸收光谱。然而，也正由于样片表面较为平整，导致太赫兹波束在样片的两个表面间会形成多次反射，并和真实的透射光束主脉冲信号叠加。叠加后的TDS信号会在时域信号中出现反射脉冲信号，并在频域及吸收谱信号中出现明显的干涉条纹。其中，吸收谱中如果存在较大的干涉，不仅会引起吸收峰的误判，而且会改变真实吸收峰的波形甚至淹没较弱的吸收峰，从而导致物质太赫兹光谱测试的不准确。