一種太赫茲波性能的檢測裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電磁波檢測技術(shù)，特別涉及一種太赫茲波二維電場幅度和頻率以及相位分布的檢測裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自上世紀(jì)八十年代太赫茲(THz)被人類正式認(rèn)識之后，隨著超快技術(shù)的發(fā)展，使得獲得寬帶穩(wěn)定的脈沖THz源成為一種準(zhǔn)常規(guī)技術(shù)，THz技術(shù)得以迅速發(fā)展。太赫茲輻射是頻率在0.1到10 THz范圍的電磁波，這一波段位于微波與紅外之間，它的獨特性能給通信(寬帶通信)、雷達(dá)、電子對抗、電磁武器、天文學(xué)、醫(yī)學(xué)成像(無標(biāo)記的基因檢查、細(xì)胞水平的成像)、無損檢測、安全檢查(生化物的檢查)等領(lǐng)域帶來了深遠(yuǎn)的影響。由于太赫茲的頻率很高，所以其空間分辨率也很高；又由于它的脈沖很短(皮秒量級)所以具有很高的時間分辨率。此外，THz具有攜帶信息量豐富、高時空相干性、低光子能量等特性，在天文、生物、計算機、通信等科學(xué)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價值。因此對于太赫茲時域光譜內(nèi)所攜帶信息的檢測就顯得尤為重要。而目前對于太赫茲波二維平面上的能量、頻率、相位分布等特性還沒有一個能同步測量這些參數(shù)的裝置和對應(yīng)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是針對目前缺少能有效同時探測太赫茲波二維電場幅度和頻率以及相位分布的方法及裝置的問題，提出了一種太赫茲波性能的檢測裝置和方法，采用了具有可調(diào)諧反射空間太赫茲波效果的本征鍺材料平板、拋物面鏡、二維掃描振鏡和兩個一維直流電機，將本征鍺材料平板固定在太赫茲準(zhǔn)直光束傳輸?shù)穆窂街?，通過調(diào)節(jié)二維掃描振鏡，使縮束后的光束掃描本征鍺材料的不同空間位置，反射需要探測的區(qū)域，同時用電光晶體探測太赫茲光束的時域光譜，最后通過后期頻譜分析處理，即可實現(xiàn)太赫茲光束不同區(qū)域內(nèi)電場幅度、頻率和相位的數(shù)據(jù)提取。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種太赫茲波性能的檢測裝置，包括兩個分束片；三個反射鏡；太赫茲源；拋物面鏡A ;平面金屬鏡；本征鍺；兩個凸透鏡；凹透鏡；二維掃描振鏡；拋物面鏡B ;ZnTe晶體；四分之一玻片；沃拉斯頓棱鏡；Η)探頭；由飛秒激光器輸出的初始激光脈沖，通過第一分束片后，反射光作為光束一經(jīng)過第一反射鏡進(jìn)入太赫茲源，太赫茲源輸出產(chǎn)生太赫茲波，經(jīng)過離軸拋物面鏡A后，產(chǎn)生一個準(zhǔn)直的太赫茲光束，被平面金屬鏡反射后透過固定著的本征鍺平板；
通過第一分束片的透射光經(jīng)過第二分束片，第二分束片輸出的反射光作為光束二經(jīng)過第二反射鏡再次反射后，經(jīng)過第一凸透鏡和凹透鏡的縮束后，通過調(diào)節(jié)二維掃描振鏡，改變光出射方向，照射到本征鍺平板上的不同位置，形成類似金屬的表面，反射太赫茲光，沒有被照射到的位置處太赫茲波仍然被透射，透過的太赫茲波平行進(jìn)入拋物面鏡B ;
通過第一分束片的透射光經(jīng)過第二分束片，第二分束片輸出的透射光作為光束三，經(jīng)過第三反射鏡反射，與拋物面鏡B匯聚光合束，再依次通過電光晶體、凸透鏡、四分之一玻片、渥拉斯頓棱鏡，進(jìn)入ro探頭進(jìn)行信號的光電轉(zhuǎn)換，后續(xù)進(jìn)行信號記錄和處理。
[0005]所述裝置還包括兩組延遲系統(tǒng)，延遲系統(tǒng)由兩個反光鏡和一維直流電機組成，放置在光束二和光束三的光路中，調(diào)節(jié)光路光程。
[0006]所述太赫茲源選用超短脈沖激光聚焦在空氣中形成等離子體拉絲從而產(chǎn)生太赫茲波，或者用超短激光聚焦在光電導(dǎo)天線上激發(fā)載流子高速運動從而產(chǎn)生太赫茲波，或者用光整流方法即用超短脈沖激光和非線性介質(zhì)的相互作用而產(chǎn)生太赫茲波。
[0007]所述電光晶體從ZnTe、GaP、GaAs, ZnCdTe, HgCdTe, LiNbO3中任選一種。
[0008]所述裝置的太赫茲波性能檢測方法，具體包括如下步驟
1)采集初始背景信號時，先擋住光束二，用探測光束記錄透過本征鍺平板后的完整太赫茲波信號；
2)當(dāng)光束二照射到本征鍺平板上時，被照射的區(qū)域反射THz波，剩余的THz波透過本征鍺平板后進(jìn)入探測系統(tǒng)；將完整的太赫茲波信號和部分被反射后的太赫茲波信號相減即可得到被照射區(qū)域的相關(guān)太赫茲特征信息；
3)通過二維振鏡調(diào)節(jié)控制光束二照射在本征鍺平板上的不同位置，結(jié)合后期頻譜分析處理和二維數(shù)據(jù)再組合，即可實現(xiàn)太赫茲光束不同區(qū)域內(nèi)電場幅度、頻率和相位的數(shù)據(jù)提取。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明太赫茲波性能的檢測裝置和方法，通過設(shè)計的新裝置和新探測方法可以同步測得不同原理產(chǎn)生的太赫茲源在空間平面上能量、頻率、相位的分布，一、可以解決國際上對源特征探測的科學(xué)難題，為后期的科學(xué)研宄工作奠定基礎(chǔ)，
二、在實際應(yīng)用中可以幫助使用者針對不同的源采用不同的特征選取手段，提高太赫茲波的應(yīng)用效率。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明太赫茲波性能的檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]【具體實施方式】:
如圖1所示檢測太赫茲波性能的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，包括:分束片I ;反射鏡2 ;太赫茲源3 ;拋物面鏡A4 ;平面金屬鏡5 ;本征鍺6 ;分束片7 ;反射鏡8 ;凸透鏡9 ;凹透鏡10 ;反射鏡11 ;一維直流電機12 ;反射鏡13 ;二維掃描振鏡14 ;反射鏡15 ;—維直流電機16 ;反射鏡17 ;反射鏡18 ;拋物面鏡B19 ;ZnTe晶體20 ;凸透鏡21 ;四分之一玻片22 ;沃拉斯頓棱鏡23 ；PD探頭24。由飛秒激光器輸出的初始激光脈沖，通過分束片I后，反射光作為光束一經(jīng)過反射鏡2進(jìn)入太赫茲源3。太赫茲源3輸出產(chǎn)生太赫茲波，經(jīng)過離軸拋物面鏡A4后，產(chǎn)生一個準(zhǔn)直的太赫茲光束，被平面金屬鏡5反射后透過固定著的本征鍺平板6。通過分束片I的透射光經(jīng)過分束片7，分束片7輸出的反射光作為光束二經(jīng)過反射鏡8再次反射后，經(jīng)過凸透鏡9和凹透鏡10的縮束后，通過調(diào)節(jié)二維掃描振鏡14，改變光出射方向，照射到本征鍺平板6上的不同位置，所照射區(qū)域處本征鍺6的反射率被大幅提高，形成類似金屬的表面，反射太赫茲光，而平板的其他位置沒有被光束照射，落在這些區(qū)域的太赫茲波仍然被透射，透過的太赫茲波將平行進(jìn)入拋物面鏡B19。通過分束片I的透射光經(jīng)過分束片7，分束片7輸出的透射光作為光束三，經(jīng)過反射鏡18反射，與拋物面鏡B19匯聚光合束，再依次通過電光晶體20、凸透鏡21、四分之一玻片22、渥拉斯頓棱鏡23，進(jìn)入H)探頭24進(jìn)行信號的光電轉(zhuǎn)換，后續(xù)進(jìn)行信號記錄和處理。從而探測太赫茲光束的時域光譜，最后通過后期頻譜分析處理，即可實現(xiàn)太赫茲光束不同區(qū)域內(nèi)電場幅