一種掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置、控制裝置和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置、控制裝置和系統(tǒng)，以提高太赫茲光譜的掃描速度。該光學(xué)裝置的特征是還包括第二直角棱鏡和快速延遲線，第二直角棱鏡包括第一反射面和與第一反射面垂直的第二反射面；第二直角棱鏡用于通過第一反射面將第一反射鏡反射到第一反射面的探測光反射至快速延遲線；快速延遲線用于接收到音圈電機控制器的控制信號后，在高速往復(fù)運動的同時將反射棱鏡反射的探測光高速折返至第二反射面；第二直角棱鏡還用于通過第二反射面將快速延遲線折返至第二反射面的光束反射至第三反射鏡。本發(fā)明提供的掃描太赫茲時域光譜的系統(tǒng)大大提高了光譜掃描速度，可以完成大批量的掃描作業(yè)，從而能夠滿足實際工業(yè)應(yīng)用的需求。
【專利說明】一種掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置、控制裝置和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太赫茲時域光譜領(lǐng)域，具體涉及一種掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置、控制裝置和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲波是指頻率在0.1THz至1THz遠紅外波段的相干電磁輻射，處于電磁波譜中電子學(xué)向光子學(xué)過渡的特殊位置，因而具有透視性、安全性和光譜分辨本領(lǐng)等獨特的性質(zhì)，具有非常重要的學(xué)術(shù)價值和應(yīng)用前景。隨著太赫茲技術(shù)的發(fā)展，太赫茲光譜及成像在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)疾病診斷、材料科學(xué)、軍事以及化學(xué)基礎(chǔ)研究等許多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，并迅速成為一個令人關(guān)注的前沿研究方向。太赫茲時域光譜技術(shù)是國際上近年來發(fā)展起來的太赫茲輻射的應(yīng)用技術(shù)之一，是一種新興的光譜技術(shù)，是太赫茲光譜技術(shù)的核心研發(fā)領(lǐng)域。太赫茲時域光譜所具有的相干探測方法、高的時間分辨率和高靈敏度為人們展現(xiàn)了一個全新的光譜學(xué)研究視角，也給光譜學(xué)研究者提供了新的機遇。
[0003]太赫茲時域光譜技術(shù)的商業(yè)化成果是太赫茲時域光譜掃描系統(tǒng)，現(xiàn)有的一種太赫茲時域光譜掃描系統(tǒng)采用步進電機帶動的光學(xué)延遲裝置，步進電機每移動一個微小的距離(通常為微米級)具有一個停頓。在此停頓時間里，太赫茲探測器得到一個探測信號。然后，步進電機進行下一個等距離的移動，探測器再次探測信號，如此延續(xù)，將步進電機在所有移動位置上太赫茲探測器得到的探測信號按順序排列起來，就得到了太赫茲的時域光譜。
[0004]按照上述現(xiàn)有的太赫茲時域光譜掃描系統(tǒng)的掃描方法，要得到一個太赫茲時域波形通常需要幾分鐘的時間，無法實現(xiàn)樣品的及時檢測，這就大大制約了太赫茲時域光譜系統(tǒng)的應(yīng)用。例如，使用太赫茲光譜作食品、藥品成分的安全檢測或是企業(yè)的原材料檢測，質(zhì)檢部門每天要檢測大量的樣品，太赫茲光譜掃描速度慢就無法完成大批量的作業(yè)，無法滿足實際應(yīng)用的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例提供一種掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置、控制裝置和系統(tǒng)，以提高太赫茲光譜的掃描速度。
[0006]一種掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置包括:飛秒激光器、用于將所述飛秒激光器發(fā)出的激光束分成泵浦光和探測光的分束鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、太赫茲發(fā)射器、太赫茲探測器、第一太赫茲聚焦鏡、第二太赫茲聚焦鏡、第一直角棱鏡、慢速延遲線和用于將所述探測光反射出去的第一反射鏡，所述光學(xué)裝置還包括第二直角棱鏡和快速延遲線，所述第二直角棱鏡包括第一反射面和與所述第一反射面垂直的第二反射面；所述第二直角棱鏡，用于通過所述第一反射面將所述第一反射鏡反射到所述第一反射面的探測光反射至所述快速延遲線；所述快速延遲線，用于接收到音圈電機控制器的控制信號后，在高速往復(fù)運動的同時將所述第二直角棱鏡反射的探測光高速折返至所述第二反射面；所述第二直角棱鏡還用于通過所述第二反射面將所述快速延遲線折返至所述第二反射面的光束反射至所述第三反射鏡；所述第三反射鏡，用于將所述第二反射面反射的光束反射至所述太赫茲探測器，以使所述太赫茲探測器生成太赫茲信號。
[0007]一種掃描太赫茲時域光譜的控制裝置，所述控制裝置包括電腦主機、與所述電腦主機連接的慢速延遲電機控制器、發(fā)射器控制器和鎖相放大器，其特征在于，所述控制裝置還包括與所述電腦主機連接的音圈電機控制器和數(shù)據(jù)采集卡；所述音圈電機控制器，用于在收到所述電腦主機發(fā)送的指令后向快速延遲線發(fā)出控制信號以驅(qū)動所述快速延遲線中的音圈電機做高速往復(fù)運動；所述數(shù)據(jù)采集卡，用于高速采集太赫茲探測器生成并經(jīng)所述鎖相放大器放大的太赫茲信號后傳輸至所述電腦主機。
[0008]一種掃描太赫茲時域光譜的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置和掃描太赫茲時域光譜的控制裝置；所述掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置包括飛秒激光器、用于將所述飛秒激光器發(fā)出的激光束分成泵浦光和探測光的分束鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、太赫茲發(fā)射器、太赫茲探測器、第一太赫茲聚焦鏡、第二太赫茲聚焦鏡、第一直角棱鏡、慢速延遲線、用于將所述探測光反射出去的第一反射鏡，所述掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置還包括第二直角棱鏡和快速延遲線，所述第二直角棱鏡包括第一反射面和與所述第一反射面垂直的第二反射面；所述第二直角棱鏡，用于通過所述第一反射面將所述第一反射鏡反射到所述第一反射面的探測光反射至所述快速延遲線；所述快速延遲線，用于接收到音圈電機控制器的控制信號后，在高速往復(fù)運動的同時將所述第二直角棱鏡反射的探測光高速折返至所述第二反射面；所述第二直角棱鏡還用于通過所述第二反射面將所述快速延遲線折返至所述第二反射面的光束反射至所述第三反射鏡；所述第三反射鏡，用于將所述第二反射面反射的光束反射至所述太赫茲探測器，以使所述太赫茲探測器生成太赫茲信號；所述掃描太赫茲時域光譜的控制裝置包括電腦主機、與所述慢速延遲線連接的慢速延遲電機控制器、與所述太赫茲發(fā)射器連接的發(fā)射器控制器、與所述太赫茲探測器連接的鎖相放大器，所述慢速延遲電機控制器、發(fā)射器控制器和鎖相放大器均與所述電腦主機連接，所述控制裝置還包括與所述快速延遲線連接的音圈電機控制器、與所述鎖相放大器連接的數(shù)據(jù)采集卡，所述音圈電機控制器和數(shù)據(jù)采集卡均與所述電腦主機連接；所述音圈電機控制器，用于在收到所述電腦主機發(fā)送的指令后向快速延遲線發(fā)出控制信號以驅(qū)動所述快速延遲線中的音圈電機做高速往復(fù)運動；所述數(shù)據(jù)采集卡，用于高速采集太赫茲探測器生成并經(jīng)所述鎖相放大器放大的太赫茲信號后傳輸至所述電腦主機。
[0009]從上述本發(fā)明實施例可知，在掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置引入了快速延遲線以及與之配套的第二直角棱鏡，在掃描太赫茲時域光譜的控制裝置中引入了數(shù)據(jù)采集卡，快速延遲線接收到音圈電機控制器的控制信號后，在高速往復(fù)運動的同時將第二直角棱鏡反射的探測光高速折返至第二直角棱鏡的第二反射面，而數(shù)據(jù)采集卡高速采集太赫茲探測器生成的探測信號并經(jīng)鎖相放大器放大而成的太赫茲信號后傳輸至電腦主機。與現(xiàn)有技術(shù)電機步進式的掃描方式相比，本發(fā)明實施例提供的掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置、掃描太赫茲時域光譜的控制裝置以及二者組成的掃描太赫茲時域光譜的系統(tǒng)使得光譜掃描的速度大大提高，可以完成大批量的掃描作業(yè)，從而能夠滿足實際工業(yè)應(yīng)用的需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明實施例提供的掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明實施例提供的掃描太赫茲時域光譜的控制裝置邏輯結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是本發(fā)明實施例提供的掃描太赫茲時域光譜的系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明實施例提供一種掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置，包括:飛秒激光器、第二反射鏡、第三反射鏡、太赫茲發(fā)射器、太赫茲探測器、第一太赫茲聚焦鏡、第二太赫茲聚焦鏡、第一直角棱鏡、慢速延遲線、用于將飛秒激光器發(fā)出的激光束分成泵浦光和探測光的分束鏡和用于將探測光反射出去的第一反射鏡，該光學(xué)裝置還包括第二直角棱鏡和快速延遲線，第二直角棱鏡包括第一反射面和與第一反射面垂直的第二反射面；第二直角棱鏡，用于通過第一反射面將第一反射鏡反射到第一反射面的探測光反射至快速延遲線；快速延遲線，用于接收到音圈電機控制器的控制信號后，在高速往復(fù)運動的同時將反射棱鏡反射的探測光高速折返至第二反射面；第二直角棱鏡還用于通過第二反射面將快速延遲線折返至第二反射面的光束反射至第三反射鏡；第三反射鏡，用于將第二反射面反射的光束反射至太赫茲探測器，以使太赫茲探測器生成探測信號。本發(fā)明實施例還提供相應(yīng)的掃描太赫茲時域光譜的控制裝置和掃描太赫茲時域光譜的系統(tǒng)。以下分別進行詳細說明。
[0014]本發(fā)明實施例的掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置的結(jié)構(gòu)圖可參考附圖1，主要包括飛秒激光器113、第二反射鏡102、第三反射鏡103、太赫茲發(fā)射器109、太赫茲探測器110、第一太赫茲聚焦鏡111、第二太赫茲聚焦鏡112、第一直角棱鏡106、慢速延遲線105、用于將飛秒激光器113發(fā)出的激光束分成泵浦光和探測光的分束鏡104和用于將探測光反射出去的第一反射鏡101。與現(xiàn)有技術(shù)提供的掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置不同，本發(fā)明實施例提供的掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置還包括第二直角棱鏡107和快速延遲線108，該第二直角棱鏡107包括第一反射面和與第一反射面垂直的第二反射面。
[0015]分束鏡104將飛秒激光器113發(fā)出的激光束分成泵浦光和探測光后，探測光射向第一反射鏡101，第一反射鏡101將該探測光反射至第二直角棱鏡107。第二直角棱鏡107通過其第一反射面將第一反射鏡101反射到第一反射面的探測光反射至快速延遲線108?？焖傺舆t線108接收到音圈電機控制器的控制信號后，在高速往復(fù)運動的同時將第二直角棱鏡107反射的探測光高速折返至第二反射面。與此同時，第二直角棱鏡107還用于通過其第二反射面將快速延遲線108折返至第二反射面的光束反射至第三反射鏡103。第三反射鏡103則將第二直角棱鏡107的第二反射面反射的光束反射至太赫茲探測器110，以使該太赫茲探測器生成探測信號。以下是關(guān)于附圖1示例的掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置更為詳細的說明:
[0016]如前所述，分束鏡104將飛秒激光器113發(fā)出的激光束一分為二，其中的一束光用于泵浦，在本發(fā)明實施例中，將其稱為泵浦光，另一束光用于探測，在本發(fā)明實施例中，將其稱為探測光。探測光經(jīng)過第一反射鏡101反射后，被第二直角棱鏡107的一個直角反射面即第一反射面反射后射入到快速延遲線108。經(jīng)過快速延遲線108的折返后，探測光被第二直角棱鏡107的另一個直角反射面即第二反射面反射至第三反射鏡103，第三反射鏡103再將探測光射向太赫茲探測器110，太赫茲探測器110在探測光和太赫茲輻射的共同作用下生成太赫茲信號。在本發(fā)明實施例中，太赫茲探測器110可以是任何可以與飛秒激光和太赫茲輻射發(fā)生相互作用產(chǎn)生探測信號的太赫茲探測裝置，包括基于光電導(dǎo)采樣和電光采樣的太赫茲探測裝置。需要說明的是，太赫茲探測器110中除了包含可以與飛秒激光和太赫茲輻射發(fā)生相互作用產(chǎn)生探測信號的太赫茲探測裝置之外，還可以包含輔助于太赫茲探測的飛秒激光聚焦透鏡和太赫茲光束準(zhǔn)直透鏡等光束整理裝置。
[0017]作為本發(fā)明一個實施例，快速延遲線108包括音圈電機和和裝配在該音圈電機上的光束回返鏡，其中，音圈電機作為快速延遲線108的運動裝置，可在安培力的作用下搭載光束回返鏡高速往復(fù)運動，而光束回返鏡在音圈電機高速往復(fù)運動時將第二直角棱鏡107的第二反射面反射的探測光高速折返至第二直角棱鏡107。具體地，由于音圈電機是利用通電導(dǎo)體在磁場中受到安培力作用而運動的原理，其結(jié)構(gòu)中沒有傳統(tǒng)電機的螺母和絲桿等結(jié)構(gòu)，因此運動阻力非常小，從而能夠?qū)崿F(xiàn)搭載光束回返鏡高速往復(fù)運動。在本發(fā)明實施例中，由于光束回返鏡的反射面尺寸剛好能夠滿足光束回返的空間需求，最大程度地降低了光束回返鏡及其安裝夾持結(jié)構(gòu)的重量，即減小音圈電機的負載，從而獲得最高的音圈電機運動速度。同時在與快速延遲線108的配合上，采用了直角棱鏡即第二直角棱鏡107，以解決光束回返前后兩光束的距離很短、沒有足夠空間放置兩個反射鏡的問題，并且使用一個直角棱鏡(第二直角棱鏡107)比使用兩個反射鏡更易調(diào)整。類似地，在與慢速延遲線105的配合中也使用了一個直角棱鏡即第一直角棱鏡106，同樣起到了減少光學(xué)器件所占空間，簡化光學(xué)調(diào)節(jié)的作用。另外，在掃描一個太赫茲時域光譜時，音圈電機處于連續(xù)無停頓的運動狀態(tài)，即在掃描一個太赫茲時域光譜的期間快速延遲線108不間斷進行高速往復(fù)運動，相比于傳統(tǒng)的慢速延遲線步進停頓的運動狀態(tài)，本發(fā)明實施例提供的掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置大大節(jié)省了掃描時間。
[0018]從分束鏡104分出的泵浦光經(jīng)過第一直角棱鏡106的一個直角反射面反射后，射向慢速延遲線105，經(jīng)慢速延遲線105折返后又被第一直角棱鏡106的另一直角反射面反射至第二反射鏡102。第二反射鏡102將此泵浦光反射至太赫茲發(fā)射器109產(chǎn)生太赫茲輻射,其中，太赫茲發(fā)射器109可以是基于光電導(dǎo)效應(yīng)的光電導(dǎo)天線太赫茲源。太赫茲發(fā)射器109中除了包含可以被飛秒激光激發(fā)的太赫茲源之外，還可能包含輔助于太赫茲發(fā)射的飛秒激光聚焦透鏡和太赫茲光束準(zhǔn)直透鏡等光束整理裝置。由太赫茲發(fā)射器109產(chǎn)生的太赫茲輻射被太赫茲聚焦鏡即第一太赫茲聚焦鏡111聚焦，第一太赫茲聚焦鏡111可以是任何具有聚焦作用的太赫茲光束聚焦光學(xué)器件，包括各種透鏡和離軸拋物面鏡，太赫茲輻射被聚焦的焦點位置就是這個快速掃描太赫茲時域光譜系統(tǒng)的樣品測量位置，在該位置之后，太赫茲輻射又經(jīng)過另一太赫茲聚焦鏡即第二太赫茲聚焦鏡112聚焦后射入太赫茲探測器110上。
[0019]從上述本發(fā)明實施例提供的掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置可知，在掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置引入了快速延遲線以及與之配套的第二直角棱鏡，快速延遲線接收到音圈電機控制器的控制信號后，在高速往復(fù)運動的同時將第二直角棱鏡反射的探測光高速折返至第二直角棱鏡的第二反射面。與現(xiàn)有技術(shù)電機步進式的掃描方式相比，本發(fā)明實施例提供的掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置使得掃描太赫茲時域光譜的系統(tǒng)的光譜掃描速度大大提高，可以完成大批量的掃描作業(yè)，從而能夠滿足實際工業(yè)應(yīng)用的需求。
[0020]本發(fā)明實施例的掃描太赫茲時域光譜的控制裝置的結(jié)構(gòu)圖可參考附圖2，主要包括電腦主機201、發(fā)射器控制器203、鎖相放大器204以及與電腦主機201連接的慢速延遲電機控制器202。與現(xiàn)有技術(shù)提供的掃描太赫茲時域光譜的控制裝置不同，本發(fā)明實施例提供的掃描太赫茲時域光譜的控制裝置還包括與電腦主機201連接的音圈電機控制器205和數(shù)據(jù)采集卡206，其中，音圈電機控制器205用于在收到電腦主機201發(fā)送的指令后向快速延遲線發(fā)出控制信號以驅(qū)動快速延遲線中的音圈電機做高速往復(fù)運動，數(shù)據(jù)采集卡206用于高速采集太赫茲探測器生成的探測信號并經(jīng)鎖相放大器204放大而成的太赫茲信號后傳輸至電腦主機201。以下是關(guān)于附圖2示例的掃描太赫茲時域光譜的控制裝置更為詳細的說明:
[0021]本發(fā)明實施例引入的音圈電機控制器205還用于接收音圈電機反饋的音圈電機運動位置反饋信號，數(shù)據(jù)采集卡206除了高速采集太赫茲探測器生成的探測信號并經(jīng)鎖相放大器204放大而成的太赫茲信號之外，與此同時還可以從音圈電機控制器205讀取音圈電機運動位置反饋信號。在本實施例中，探測信號是由太赫茲探測器直接探測得到，探測信號被太赫茲探測器后，隨即被傳輸?shù)教綔y器控制器，再經(jīng)由鎖相放大器204的信號放大作用，最后才被數(shù)據(jù)采集卡206采集?，F(xiàn)有的太赫茲時域光譜系統(tǒng)產(chǎn)生的探測信號，經(jīng)其鎖相放大器放大后，由數(shù)字輸出端口經(jīng)過RS232串口線將該探測信號傳輸至電腦主機。由于數(shù)字串口通訊協(xié)議的最大傳輸速率9600bps，其傳輸速率是kb/s的量級，因此，面對快速掃描太赫茲信號的超大數(shù)據(jù)量(約IMB量級)時，串口通信無法滿足要求的。而本發(fā)明實施例提供的掃描太赫茲時域光譜的控制裝置中采用的數(shù)據(jù)采集卡206，其數(shù)據(jù)采集速度可達到15MB/S以上，是串口通信傳輸速率的上千倍，能夠滿足高速數(shù)據(jù)采集的需要，與此同時，從數(shù)據(jù)采集卡206至電腦主機201的傳輸是PCI總線方式，其傳輸帶寬可達到264MB/S，如此傳輸速率足以滿足大批量的作業(yè)需求。通過音圈電機的高速往復(fù)運動和數(shù)據(jù)采集卡206的高速采集，實現(xiàn)了太赫茲時域光譜的快速掃描。
[0022]請參閱附圖3，是本發(fā)明實施例提供的掃描太赫茲時域光譜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。為了便于說明，僅僅示出了與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分。附圖3示例的掃描太赫茲時域光譜的系統(tǒng)包括掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置301和掃描太赫茲時域光譜的控制裝置302，掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置301是附圖1示例的掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置，掃描太赫茲時域光譜的控制裝置302是附圖2示例的掃描太赫茲時域光譜的控制裝置，其中:
[0023]掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置301主要包括飛秒激光器113、第二反射鏡102、第三反射鏡103、太赫茲發(fā)射器109、太赫茲探測器110、第一太赫茲聚焦鏡111、第二太赫茲聚焦鏡112、第一直角棱鏡106、慢速延遲線105、用于將飛秒激光器113發(fā)出的激光束分成泵浦光和探測光的分束鏡104和用于將探測光反射出去的第一反射鏡101。與現(xiàn)有技術(shù)提供的太赫茲時域光譜系統(tǒng)不同，本發(fā)明實施例提供的掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置301還包括第二直角棱鏡107和快速延遲線108，該第二直角棱鏡107包括第一反射面和與第一反射面垂直的第二反射面。第二直角棱鏡107通過其第一反射面將第一反射鏡101反射到第一反射面的探測光反射至快速延遲線108。快速延遲線108接收到音圈電機控制器205的控制信號后，在高速往復(fù)運動的同時將第二直角棱鏡107反射的探測光高速折返至第二反射面。與此同時，第二直角棱鏡107還用于通過其第二反射面將快速延遲線108折返至第二反射面的光束反射至第三反射鏡103。第三反射鏡103則將第二直角棱鏡107的第二反射面反射的光束反射至太赫茲探測器110，以使該太赫茲探測器110生成探測信號。作為本發(fā)明一個實施例，快速延遲線108包括音圈電機和和裝配在該音圈電機上的光束回返鏡，其中，音圈電機作為快速延遲線108的運動裝置，可在安培力的作用下搭載光束回返鏡高速往復(fù)運動，而光束回返鏡在音圈電機高速往復(fù)運動時將第二直角棱鏡107的第二反射面反射的探測光高速折返至第二直角棱鏡107。具體地，由于音圈電機是利用通電導(dǎo)體在磁場中受到安培力作用而運動的原理，其結(jié)構(gòu)中沒有傳統(tǒng)電機的螺母和絲桿等結(jié)構(gòu)，因此運動阻力非常小，從而能夠?qū)崿F(xiàn)搭載光束回返鏡高速往復(fù)運動。在本發(fā)明實施例中，由于光束回返鏡的反射面尺寸剛好能夠滿足光束回返的空間需求，最大程度地降低了光束回返鏡及其安裝夾持結(jié)構(gòu)的重量，即減小音圈電機的負載，從而獲得最高的音圈電機運動速度。同時在與快速延遲線108的配合上，采用了直角棱鏡即第二直角棱鏡107，以解決光束回返前后兩光束的距離很短、沒有足夠空間放置兩個反射鏡的問題，并且使用一個直角棱鏡(第二直角棱鏡107)比使用兩個反射鏡更易調(diào)整。另外，在掃描一個太赫茲時域光譜時，音圈電機處于連續(xù)無停頓的運動狀態(tài)，即在掃描一個太赫茲時域光譜的期間快速延遲線108不間斷進行高速往復(fù)運動，相比于傳統(tǒng)的慢速延遲線步進停頓的運動狀態(tài)，本發(fā)明實施例提供的掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置301大大節(jié)省了掃描時間。
[0024]掃描太赫茲時域光譜的控制裝置302主要包括電腦主機201、與慢速延遲線105連接的慢速延遲電機控制器202、與太赫茲發(fā)射器109連接的發(fā)射器控制器203、與太赫茲探測器110連接的鎖相放大器204，慢速延遲電機控制器202、發(fā)射器控制器203和鎖相放大器204均與電腦主機201連接。與現(xiàn)有技術(shù)提供的太赫茲時域光譜系統(tǒng)不同，本發(fā)明實施例提供的掃描太赫茲時域光譜的控制裝置302還包括與快速延遲線108連接的音圈電機控制器205、與鎖相放大器204連接的數(shù)據(jù)采集卡206，音圈電機控制器205和數(shù)據(jù)采集卡206均與電腦主機201連接，其中，音圈電機控制器205用于在收到電腦主機201發(fā)送的指令后向快速延遲線108發(fā)出控制信號以驅(qū)動快速延遲線108中的音圈電機做高速往復(fù)運動，數(shù)據(jù)采集卡206用于高速采集太赫茲探測器110生成的探測信號并經(jīng)鎖相放大器204放大而成的太赫茲信號后傳輸至電腦主機201。附圖3示例的掃描太赫茲時域光譜的控制裝置302中，音圈電機控制器205還用于接收音圈電機反饋的音圈電機運動位置反饋信號，數(shù)據(jù)采集卡206除了高速采集太赫茲探測器110生成的探測信號并經(jīng)鎖相放大器204放大而成的太赫茲信號之外，與此同時還可以從音圈電機控制器205讀取音圈電機運動位置反饋信號。
[0025]需要說明的是，考慮到快速延遲線108中的音圈電機的運動行程通常較短，在光路調(diào)整時有可能無法在音圈電機的行程范圍內(nèi)找到信號，或者在樣品測試時音圈電機的行程范圍不夠補償樣品厚度造成的光程改變，因此，在附圖1、附圖2或附圖3示例的掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置中，保留慢速延遲線105及其慢速的掃描功能在某些情況下還是有其必要性。在掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置中保留慢速延遲線105，意味著附圖3示例的掃描太赫茲時域光譜的系統(tǒng)具有兩種掃描模式即慢速掃描模式和快速掃描模式，其中，在慢速掃描模式下，用戶通過電腦主機201發(fā)出光譜掃描指令時，電腦主機201向慢速延遲線控制器202和鎖相放大器204發(fā)出指令，慢速延遲電機控制器202驅(qū)動慢速延遲線105運動以掃描時域信號，鎖相放大器204將斬波參考信號發(fā)送給發(fā)射器控制器203,發(fā)射器控制器203以斬波參考信號為周期對太赫茲發(fā)射器109施加周期性電壓以調(diào)制太赫茲輻射，太赫茲探測器110檢測到周期性的太赫茲信號后，將信號傳輸給鎖相放大器204進行信號放大，再用RS232串口線將數(shù)據(jù)傳輸至電腦主機201，同時慢速延遲電機控制器202也將慢速延遲線105的電機位置數(shù)據(jù)反饋給電腦主機201，慢速延遲線105每步進一個步長，電腦主機201就得到慢速延遲線105的一個位置反饋和一個放大后的太赫茲探測信號，將所得到的信號依次排列起來后，就得到了太赫茲時域光譜。在快速掃描模式下，用戶通過電腦主機201發(fā)出光譜掃描指令時，電腦主機201向音圈電機控制器205、鎖相放大器204和數(shù)據(jù)米集卡206發(fā)出指令,音圈電機控制器205驅(qū)動音圈電機運動以掃描時域信號，鎖相放大器204將斬波參考信號發(fā)送給發(fā)射器控制器203，發(fā)射器控制器203以斬波參考信號為周期對太赫茲發(fā)射器109施加周期性電壓以調(diào)制太赫茲輻射，太赫茲探測器110檢測到周期性的太赫茲信號后，將信號傳輸給鎖相放大器204進行信號放大，然后數(shù)據(jù)采集卡206采集被鎖相放大器204放大的太赫茲信號，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過PCI總線將數(shù)據(jù)傳輸給電腦主機201，同時數(shù)據(jù)采集卡204也采集了音圈電機控制器205的音圈電機運動位置反饋信號。在掃描一個太赫茲時域光譜時，音圈電機進行一個行程的不停頓連續(xù)運動，數(shù)據(jù)采集卡206在音圈電機運動的同時以用戶設(shè)定的采樣速率從鎖相放大器204采集太赫茲信號，從音圈電機控制器205米集音圈電機位置反饋信號,兩個信號在傳輸給電腦主機201后，將所得信號依次排列起來后，就得到了太赫茲時域光譜。
[0026]以上對本發(fā)明實施例所提供的一種掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置、控制裝置和系統(tǒng)，以提高太赫茲光譜的掃描速度進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置，包括飛秒激光器、第二反射鏡、第三反射鏡、太赫茲發(fā)射器、太赫茲探測器、第一太赫茲聚焦鏡、第二太赫茲聚焦鏡、第一直角棱鏡、慢速延遲線、用于將所述飛秒激光器發(fā)出的激光束分成泵浦光和探測光的分束鏡和用于將所述探測光反射出去的第一反射鏡，其特征在于，所述光學(xué)裝置還包括第二直角棱鏡和快速延遲線，所述第二直角棱鏡包括第一反射面和與所述第一反射面垂直的第二反射面； 所述第二直角棱鏡，用于通過所述第一反射面將所述第一反射鏡反射到所述第一反射面的探測光反射至所述快速延遲線； 所述快速延遲線，用于接收到音圈電機控制器的控制信號后，在高速往復(fù)運動的同時將所述第二直角棱鏡反射的探測光高速折返至所述第二反射面； 所述第二直角棱鏡還用于通過所述第二反射面將所述快速延遲線折返至所述第二反射面的光束反射至所述第三反射鏡； 所述第三反射鏡，用于將所述第二反射面反射的光束反射至所述太赫茲探測器，以使所述太赫茲探測器生成探測信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述快速延遲線包括音圈電機和裝配在所述音圈電機上的光束回返鏡； 所述音圈電機，用于在安培力的作用下搭載所述光束回返鏡高速往復(fù)運動； 所述光束回返鏡，用于在所述音圈電機高速往復(fù)運動時將所述第二反射面反射的探測光高速折返至所述第二直角棱鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述光束回返鏡的反射面尺寸滿足所述探測光回返的空間需求。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述的光學(xué)裝置,其特征在于,在掃描一個太赫茲時域光譜的期間所述快速延遲線不間斷進行所述高速往復(fù)運動。
5.一種掃描太赫茲時域光譜的控制裝置，所述控制裝置包括電腦主機、發(fā)射器控制器、鎖相放大器以及與所述電腦主機連接的慢速延遲電機控制器，其特征在于，所述控制裝置還包括與所述電腦主機連接的音圈電機控制器和數(shù)據(jù)采集卡； 所述音圈電機控制器，用于在收到所述電腦主機發(fā)送的指令后向快速延遲線發(fā)出控制信號以驅(qū)動所述快速延遲線中的音圈電機做高速往復(fù)運動； 所述數(shù)據(jù)采集卡，用于高速采集太赫茲探測器生成的探測信號并經(jīng)所述鎖相放大器放大而成的太赫茲信號后傳輸至所述電腦主機。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制裝置，其特征在于，所述音圈電機控制器還用于接收所述音圈電機反饋的音圈電機運動位置反饋信號，所述數(shù)據(jù)采集卡還用于從所述音圈電機控制器讀取所述音圈電機運動位置反饋信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的控制裝置，其特征在于，所述所述數(shù)據(jù)采集卡用于將所述鎖相放大器放大的太赫茲信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過PCI總線傳輸至所述電腦主機。
8.一種掃描太赫茲時域光譜的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置和掃描太赫茲時域光譜的控制裝置； 所述掃描太赫茲時域光譜的光學(xué)裝置包括秒激光器、第二反射鏡、第三反射鏡、太赫茲發(fā)射器、太赫茲探測器、第一太赫茲聚焦鏡、第二太赫茲聚焦鏡、第一直角棱鏡、慢速延遲線、用于將所述飛秒激光器發(fā)出的激光束分成泵浦光和探測光的分束鏡和用于將所述探測光反射出去的第一反射鏡，其特征在于，所述光學(xué)裝置還包括第二直角棱鏡和快速延遲線，所述第二直角棱鏡包括第一反射面和與所述第一反射面垂直的第二反射面； 所述第二直角棱鏡，用于通過所述第一反射面將所述第一反射鏡反射到所述第一反射面的探測光反射至所述快速延遲線； 所述快速延遲線，用于接收到音圈電機控制器的控制信號后，在高速往復(fù)運動的同時將所述第二直角棱鏡反射的探測光高速折返至所述第二反射面； 所述第二直角棱鏡還用于通過所述第二反射面將所述快速延遲線折返至所述第二反射面的光束反射至所述第三反射鏡； 所述第三反射鏡，用于將所述第二反射面反射的光束反射至所述太赫茲探測器，以使所述太赫茲探測器生成探測信號； 所述掃描太赫茲時域光譜的控制裝置包括電腦主機、與所述慢速延遲線連接的慢速延遲電機控制器、與所述太赫茲發(fā)射器連接的發(fā)射器控制器、與所述太赫茲探測器連接的鎖相放大器，所述慢速延遲電機控制器、發(fā)射器控制器和鎖相放大器均與所述電腦主機連接，其特征在于，所述控制裝置還包括與所述快速延遲線連接的音圈電機控制器、與所述鎖相放大器連接的數(shù)據(jù)采集卡，所述音圈電機控制器和數(shù)據(jù)采集卡均與所述電腦主機連接；所述音圈電機控制器，用于在收到所述電腦主機發(fā)送的指令后向快速延遲線發(fā)出控制信號以驅(qū)動所述快速延遲線中的音圈電機做高速往復(fù)運動； 所述數(shù)據(jù)采集卡，用于高速采集太赫茲探測器生成的探測信號并經(jīng)所述鎖相放大器放大而成的太赫茲信號后傳輸至所述電腦主機。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述快速延遲線包括音圈電機和裝配在所述音圈電機上的光束回返鏡； 所述音圈電機，用于在安培力的作用下搭載所述光束回返鏡高速往復(fù)運動； 所述光束回返鏡，用于在所述音圈電機高速往復(fù)運動時將所述第二反射面反射的探測光高速折返至所述第二直角棱鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，在掃描一個太赫茲時域光譜的期間所述快速延遲線不間斷進行所述高速往復(fù)運動，所述音圈電機控制器還用于接收所述音圈電機反饋的音圈電機運動位置反饋信號，所述數(shù)據(jù)采集卡還用于從所述音圈電機控制器讀取所述音圈電機運動位置反饋信號。
【文檔編號】G01N21/01GK104345031SQ201310331280
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】魯遠甫, 呂建成, 馮廣智, 焦國華, 劉文權(quán), 吳國俊, 李小剛, 白龍, 姜永濤, 羅阿郁 申請人:深圳先進技術(shù)研究院