[发明专利]单光导天线的脉冲太赫兹时域光谱系统及探测方法

摘要

本发明属于太赫兹时域光谱技术领域。目前，太赫兹时域光谱系统中的太赫兹发射器和探测器在空间上是分离的，系统体积大、成本高、结构复杂，不方便携带。本发明提出一种单光导天线的脉冲太赫兹时域光谱系统及探测方法，将飞秒激光分成泵浦光和探测光，探测光经过光学延迟线后与泵浦光合束，入射到光导天线上；泵浦光脉冲和探测光脉冲到达光导天线的时间不同，泵浦光脉冲到达光导天线时有偏压存在，此时光导天线作为太赫兹发射器，辐射太赫兹脉冲；探测光脉冲到达光导天线时无偏压存在，此时光导天线作为太赫兹探测器，探测太赫兹脉冲。因此，采用单个光导天线就能完成太赫兹脉冲的发射和探测，实现太赫兹发射器和探测器在空间上的集成。

主权项

1.一种单光导天线的脉冲太赫兹时域光谱系统，其特征在于，包括飞秒激光器、5:5分束镜、第一金反射镜、第二金反射镜、合束镜、电动平移台、光导天线、第三金反射镜或样品、信号发生器、前置放大器、锁相放大器和计算机；其中所述飞秒激光器，用于输出飞秒激光，提供太赫兹时域光谱系统所需的激励光；所述5:5分束镜，用于将飞秒激光分成能量相等的泵浦光脉冲和探测光脉冲，泵浦光脉冲直接透过5:5分束镜，探测光脉冲被5:5分束镜反射，探测光脉冲方向与泵浦光脉冲垂直；所述第一金反射镜和第二金反射镜，用于反射探测光脉冲，改变探测光脉冲的传输方向，是光学延迟装置的重要组成部分；所述合束镜用于将泵浦光脉冲和探测光脉冲合束，使泵浦光脉冲和探测光脉冲沿着同一路径传输；所述电动平移台，用于移动第一金反射镜和第二金反射镜，以改变探测光脉冲的光程，进而改变探测光脉冲与泵浦光脉冲之间的时间延迟，实现扫描探测太赫兹脉冲；所述光导天线，用于发射和探测太赫兹脉冲，是太赫兹时域光谱系统的核心器件；所述第三金反射镜或样品，用于反射太赫兹脉冲，使辐射出的太赫兹脉冲返回到光导天线的半导体材料上，以便探测光脉冲对太赫兹脉冲进行探测；所述信号发生器，用于为光导天线提供偏压信号，同时为锁相放大器提供同步的参考信号；所述前置放大器，用于对光导天线输出的光电流信号进行放大、滤波处理；所述锁相放大器，用于采集前置放大器处理后输出的光电流信号，滤除噪声和偏压信号；所述偏压信号为方波，频率为1KHz，幅值为10V，且方波的边沿上升和下降时间小于泵浦光脉冲和探测光脉冲之间的时间延迟；偏压信号的下降沿在时间上位于泵浦光脉冲和探测光脉冲之间，下降沿左侧为泵浦光脉冲，下降沿右侧为探测光脉冲；泵浦光脉冲到达光导天线的半导体材料时有偏压存在，此时光导天线作为太赫兹发射器，辐射太赫兹脉冲，辐射出的太赫兹脉冲经第三金反射镜或样品反射；探测光脉冲到达光导天线的半导体材料时无偏压存在，反射回来的太赫兹脉冲正好到达光导天线的半导体材料上，此时光导天线作为太赫兹探测器，探测太赫兹脉冲；所述计算机，采用Labview软件编写的程序来控制电动平移台的移动，同时将锁相放大器采集到的光电流信号进行波形显示和数据存储。