RU2371684C2 - Способ и устройство для измерения спектра временной области импульсов терагерцевого излучения - Google Patents

Способ и устройство для измерения спектра временной области импульсов терагерцевого излучения Download PDF

Info

Publication number
RU2371684C2
RU2371684C2 RU2007148631/28A RU2007148631A RU2371684C2 RU 2371684 C2 RU2371684 C2 RU 2371684C2 RU 2007148631/28 A RU2007148631/28 A RU 2007148631/28A RU 2007148631 A RU2007148631 A RU 2007148631A RU 2371684 C2 RU2371684 C2 RU 2371684C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
femtosecond laser
pulsed
femtosecond
pulses
Prior art date
Application number
RU2007148631/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2007148631A (ru
Inventor
Юанджинг ЛИ (CN)
Юанджинг ЛИ
Бинг ФЕНГ (CN)
Бинг ФЕНГ
Зиран ЖАО (CN)
Зиран ЖАО
Йингксин ВАНГ (CN)
Йингксин ВАНГ
Донгмей ЙУ (CN)
Донгмей ЙУ
Original Assignee
Цингхуа Юниверсити
Нактех Компани Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Цингхуа Юниверсити, Нактех Компани Лимитед filed Critical Цингхуа Юниверсити
Publication of RU2007148631A publication Critical patent/RU2007148631A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2371684C2 publication Critical patent/RU2371684C2/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/42Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
    • G01N21/3586Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation by Terahertz time domain spectroscopy [THz-TDS]
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/45Interferometric spectrometry
    • G01J3/453Interferometric spectrometry by correlation of the amplitudes
    • G01J3/4531Devices without moving parts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области измерений спектров сигналов терагерцового (ТГц) диапазона. Способ включает генерацию первого луча импульсного излучения первым фемтосекундным лазерным устройством с заданной частотой повторения для получения ТГц-импульсов, генерацию второго луча импульсного излучения вторым фемтосекундным лазерным устройством, измерение интенсивностей электрического поля ТГц-импульсов для соответствующих сдвигов фазы между первым лучом импульсного излучения лазера и вторым лучом импульсного излучения лазера и получение спектра временной области ТГц-импульса выполнением преобразования Фурье в отношении массива значений интенсивностей электрического поля. Полученный таким образом спектр импульсов ТГц-излучения имеет более высокое разрешение. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к технологии измерений спектров сигналов терагерцевого диапазона, и более конкретно к способу и устройству для измерения спектров сигналов в терагерцевом диапазоне частот с помощью фемтосекундного импульсного лазера, обеспечивающего генерацию и измерение импульсов терагерцевого излучения (далее "ТГц-излучение").
Уровень техники
В связи с развитием технологии генерации и измерений сигналов терагерцевого излучения (частотный диапазон - 0,05-50 ТГц, в частности диапазон электромагнитных волн - 0,1-10 ТГц) быстро развиваются соответствующие технологии и прикладной анализ таких сигналов. Технология терагерцевой спектроскопии является одним из наиболее важных направлений исследований сигналов терагерцевого излучения. Спектр отражения или спектр пропускания обнаруженного объекта в терагерцевом диапазоне можно получить с использованием методов терагерцевой спектроскопии, и затем полученный спектр может использоваться для определения состава объекта, и, таким образом, технология может широко применяться в различных приложениях, таких как контроль качества, системы контроля по обеспечению безопасности, в том числе в рамках борьбы с терроризмом, и т.п.
В работе ZHANG XingNing и др. "Технологии терагерцевой спектроскопии", LASER AND OPTOELECTRONICS DEVELOPMENT, июль 2005 г., стр.35-38 раскрывается методика измерений для терагерцевой спектроскопии, в которой используется фемтосекундный лазер для генерации пучка излучения, причем полученный пучок излучения делится на две части. Одна часть луча используется для накачки терагерцевого лазерного устройства, излучающего терагерцевые импульсы, а другая часть используется в качестве луча измерения, падающего на детектор терагерцевого лазера, для измерения интенсивности электрического поля терагерцевого излучения принятого луча. Если разница длин двух оптических путей распространения постоянна, то сгенерированные терагерцевые импульсы, соответствующие каждому импульсу лазера, будут иметь постоянную временную задержку относительно импульсов измерения. Поэтому с помощью импульсов измерения может быть измерена только одна точка терагерцевых импульсов на временной оси. Интенсивность электрического поля терагерцевого излучения в других временных точках может быть измерена с использованием набора высокоточных механических устройств, которые могут изменять длину пути распространения одного луча (обычно луча измерения) для изменения разницы длин путей распространения лучей, и затем может быть получена временная форма импульсов терагерцевого излучения (зависимость амплитуды от времени). После этого спектрограмма (спектр временной формы сигнала) терагерцевых импульсов может быть получена с использованием преобразования Фурье полученных измерений интенсивности импульсов.
Однако при такой общепринятой технологии спектроскопии в терагерцевом диапазоне используются механические устройства временной задержки. Возникают трудности при проведении измерений в широком временном окне (например, 1 нс или даже больше 1 нс), поскольку смещения механических устройств задержки неизбежно приводят к изменению пути (при этом изменяется размер пятна падающего луча, смещения положения и т.п.), причем чем больше смещения, тем больше изменяется длина пути, и поэтому разрешение при использования спектроскопии ограничено (типичные значения находятся в диапазоне 3-50 ГГц). Кроме того, скорость сканирования системы, построенной на механических устройствах задержки, невелика. В этом случае для повышения скорости сканирования приходится мириться с ухудшением разрешения.
В работе A. Bartels и др. "Терагерцевый спектрометр с высоким разрешением и частотами сканирования порядка нескольких кГц", OPTICS EXPRESS, Vol.14, No.l, стр.430-437 раскрывается способ спектроскопии в терагерцевой области, в котором используется асинхронная оптическая выборка. Два фемтосекундных лазера, работающие на различных частотах повторения, используются для генерации двух фемтосекундных лучей лазерного излучения. Два лазерных луча, излучаемых двумя лазерами, используются в качестве луча накачки и луча измерения соответственно. В отличие от способа, раскрытого в первой работе, в котором для регулируемого изменения временной задержки между импульсами накачки и импульсами измерения используются механические устройства задержки, в данном способе задержка между импульсами двух лучей всегда изменяется, поскольку эти лучи излучаются с разными частотами повторения. Пусть частота повторения луча накачки равна f и разница частот двух лазеров равна Δf, тогда импульсы измерения сканируют импульсы ТГц-излучения один раз во временном окне 1/f. Отношение сигнала к шуму может быть улучшено путем использования повторных сканирований, и в результате будет получена временная форма сигнала (изменение амплитуды по времени). В этом случае спектрограмма импульсов терагерцевого излучения может быть получена с использованием преобразования Фурье полученных измерений интенсивности импульсов.
Как указано выше, в способе ТГц-спектроскопии, в котором используется асинхронная оптическая выборка, отсутствуют механические устройства временной задержки, в результате чего эффективно разрешается конфликт между разрешением и частотой сканирования, то есть система может работать на высоких частотах сканирования (типичное время одного сканирования равно 0,1 мс, и типичное отношение сигнала к шуму по многим циклам сканирования равно 60 дБ для 60 с), и при этом обеспечивается высокое разрешение (типичная величина равна 1 ГГц). Однако в этом способе повышается частота повторения фемосекундного лазера (обычно до 1 ГГц от 80 МГц) для обеспечения частотной полосы измерений и преодоления проблемы стабилизации частоты, в результате чего разрешение, получаемое при использовании спектроскопии, не может быть выше определенного предела (теоретическое разрешение при частоте повторения 1 ГГц равно 1 ГГц). Кроме того, для расширения частотной полосы измерений необходимо повысить стабильность частоты повторения лазера, однако эту задачу чрезвычайно трудно выполнить.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для преодоления недостатков известных технических решений в настоящем изобретении предлагается новый способ и устройство для измерения спектра временной области импульсов ТГц-излучения, в которых временную задержку между двумя лучами получают регулируемым изменением начального сдвига фаз двух лучей, излучаемых двумя фемтосекундными лазерными устройствами, работающими с одной частотой повторения.
В одном из аспектов осуществления настоящего изобретения предлагается способ измерения спектра временной формы импульсов ТГц-излучения, содержащий следующие стадии: генерацию первого луча импульсного излучения первым фемтосекундным лазерным устройством с заданной частотой повторения для возбуждения импульсов ТГц-излучения; генерацию второго луча импульсного излучения вторым фемтосекундным лазерным устройством с частотой повторения; измерение интенсивностей электрического поля импульсов ТГц-излучения для соответствующих сдвигов фазы между первым лучом импульсного излучения лазера и вторым лучом импульсного излучения лазера; и получение спектра временной формы импульса ТГц-излучения выполнением преобразования Фурье в отношении массива значений интенсивностей электрического поля; и дополнительно стадию управления первым и вторым фемтосекундными лазерными устройствами с использованием управления с обратной связью таким образом, чтобы они работали с одинаковой частотой повторения; и стадию регулируемого задания сдвига фаз первого импульсного лазерного излучения и второго импульсного лазерного излучения, так чтобы он был равен заданному сдвигу фаз, путем регулирования длины резонатора первого и/или второго фемтосекундного лазерного устройства.
Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения способ также содержит стадию преобразования сдвига фаз во временную разницу на основании частоты повторения.
В другом аспекте осуществления настоящего изобретения предлагается устройство для измерения спектра временной формы импульса ТГц-излучения, содержащее первое фемтосекундное лазерное устройство для получения первого луча импульсного излучения с заданной частотой повторения; второе фемтосекундное лазерное устройство для получения второго луча импульсного излучения с частотой повторения; измерительное устройство для измерения интенсивностей электрического поля импульсов ТГц-излучения для соответствующих сдвигов фаз между первым импульсным лазерным лучом и вторым импульсным лазерным лучом; и устройство обработки данных для получения спектра временной формы импульсов ТГц-излучения путем выполнения преобразования Фурье в отношении массива значений интенсивностей электрического поля, а также устройство управления первым и вторым фемтосекундными лазерными устройствами с использованием управления с обратной связью таким образом, чтобы они работали с одинаковой частотой повторения, при этом устройство управления обеспечивает регулируемую установку сдвига фаз первого импульсного лазерного излучения и второго импульсного лазерного излучения, так чтобы он был равен заданному сдвигу фаз, путем регулирования длины резонатора первого и/или второго фемтосекундного лазерного устройства.
Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство обработки данных осуществляет преобразование сдвига фаз во временную разницу на основании частоты повторения.
Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения первое и второе фемтосекундные лазерные устройства содержат по одному источнику накачки лазера, работающему в непрерывном режиме, и по одному фемтосекундному генератору.
Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения источник накачки лазера, работающий в непрерывном режиме, и фемтосекундный генератор, выполнены как отдельные устройства.
Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения источник накачки лазера, работающий в непрерывном режиме, и фемтосекундный генератор объединены в одном устройстве.
Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения первое и второе фемтосекундные лазерные устройства работают от одного источника накачки, работающего в непрерывном режиме.
Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения первое и второе фемтосекундные лазерные устройства работают от соответствующих источников накачки, работающих в непрерывном режиме.
Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство содержит также первый расщепитель луча, установленный на выходе первого фемтосекундного лазерного устройства, для возвращения первого луча импульсного излучения; первый фотодетектор для преобразования возвращенного первого луча импульсного лазерного излучения в электрические сигналы, используемые как сигналы обратной связи; второй расщепитель луча, установленный на выходе второго фемтосекундного лазерного устройства; второй фотодетектор для преобразования возвращенного второго луча импульсного лазерного излучения в электрические сигналы, используемые как сигналы обратной связи.
Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения первый расщепитель луча и первый фотодетектор встроены в первое фемтосекундное лазерное устройство, а второй расщепитель луча и второй фотодетектор встроены во второе фемтосекундное лазерное устройство.
Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения первый расщепитель луча и первый фотодетектор выполнены отдельно от первого фемтосекундного лазерного устройства, и второй расщепитель луча и второй фотодетектор выполнены отдельно от второго фемтосекундного лазерного устройства.
Вышеописанный способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением обладают следующими преимуществами по сравнению с известными техническими решениями:
1. Ослабляется проблема регулируемого изменения оптического пути, поскольку отсутствуют обычно используемые механические устройства задержки, и в результате ускоряется процесс измерений.
2. В соответствии с настоящим изобретением частота повторения лазера может быть от десятков мегагерц до нескольких гигагерц. Поэтому у пользователей имеется достаточный выбор в зависимости от требуемого разрешения при проведении спектроскопии. Например, самое высокое разрешение системы может достигать 80 МГц при частоте повторения 80 МГц.
3. По сравнению с известными технологиями спектр импульсов ТГц-излучения, полученный с использованием предлагаемых в настоящем изобретении способа и устройства, имеет более высокое разрешение и более широкий диапазон измерений, в результате чего технология, предлагаемая в настоящем изобретении, имеет более высокий потенциал по распознаванию веществ и материалов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеуказанные и/или другие особенности настоящего изобретения можно будет понять и легко оценить из нижеприведенного описания вариантов осуществления изобретения и из прилагаемых чертежей, на которых:
фиг.1 - блок-схема устройства для измерения спектра в ТГц-диапазоне в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - более детальная схема некоторых частей устройства, схема которого представлена на фиг.1;
фиг.3 - блок-схема способа измерения спектра в ТГц-диапазоне в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже дается подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения, которые иллюстрируются на прилагаемых чертежах, причем на всех чертежах одинаковые ссылочные номера относятся к одинаковым элементам. Ниже описаны варианты осуществления изобретения для пояснения его сущности со ссылками на чертежи.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства для выполнения измерений спектров в ТГц-диапазоне в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.1, предлагаемое в настоящем изобретении устройство содержит следующие компоненты: два фемтосекундных лазерных устройства 2 и 4, работающих на одной частоте повторения, например, порядка 100 МГц; модуль 3 излучения и измерения в ТГц-диапазоне, содержащий ТГц-генератор 31, измерительный кристалл 34, фотоэлектрический преобразователь 35, оптический путь 36 для излучения фемтосекундного лазера, оптический путь 33 для ТГц-излучения и держатель для установки образца 32; два расщепителя 8 и 9 пучка излучения; два фотоэлектрических детектора 6 и 7; блок 1 управления частотой повторения и фазой, который обеспечивает стабилизацию частот повторения фемтосекундных лазерных устройств 2 и 4 на заданной опорной частоте с использованием сигналов обратной связи, получаемых из фотоэлектрических детекторов 6 и 7, и одновременно обеспечивает сдвиг фаз излучений фемтосекундных лазерных устройств 2 и 4 в соответствии с заданной величиной; и компьютерную систему 5 сбора и обработки информации.
Фемтосекундное лазерное устройство 2 или 4 содержит источник накачки лазера, работающий в непрерывном режиме, и фемтосекундный генератор, которые могут быть выполнены в виде раздельных или объединенных устройств. В случае раздельного исполнения для накачки фемтосекундных генераторов могут использоваться либо разные источники накачки, работающие в непрерывном режиме, либо общий источник накачки.
Образец 32 размещается на пути распространения ТГц-излучения, при этом могут использоваться различные держатели образца. В зависимости от качества окружающей среды в качестве держателя образца может использоваться обычное устройство или же закрытый бокс с регулировкой влажности. Расщепители 8 и 9, а также фотоэлектрические детекторы 6 и 7 могут быть интегрированы в фемтосекундные лазерные устройства 2 и 4 соответственно для стабилизации пути распространения.
Как можно видеть на фиг.1, блок 1 управления частотой повторения и фазой в соответствии с поступающими управляющими командами, сформированными в системе 5 сбора и обработки информации, управляет фемтосекундными лазерными устройствами 2 и 4 для обеспечения их работы на одной частоте повторения, например на частоте 100 МГц, и одновременно управляет сдвигом фаз излучений, генерируемых двумя фемтосекундными лазерными устройствами 2 и 4. Имульсное излучение, генерируемое фемтосекундным лазерным устройством 4, используется в качестве излучения накачки для возбуждения ТГц-излучателя 31 в компоненте 3, который генерирует импульсы ТГц-излучения. Луч импульсного излучения, генерируемого фемтосекундным лазерным устройством 2 используется в качестве луча измерения, падающего на кристалл 34 измерения в компоненте 3. То есть ТГц-импульсы, генерируемые излучателем 31, взаимодействуют с образцом 32, и затем, следуя по пути 33 распространения ТГц-излучения, попадают на кристалл 34 измерений. Кристалл 34 измеряет интенсивности электрического поля импульсов ТГц-излучения при соответствующих заданных сдвигах фаз с использованием периферийных компонентов, таких как фотоэлектрический преобразователь 35. Кристалл 34 измерений изменяет поляризацию лазерного излучения, генерируемого фемтосекундным лазерным устройством 2, под действием электрического поля ТГц-излучения, и фотоэлектрический преобразователь 35 измеряет малейшие изменения амплитуды лазерного излучения при поляризации для получения интенсивности электрического поля ТГц-излучения в аналоговой форме, и затем измеренное значение по линии передачи данных передается в систему 5 сбора и обработки информации. Система 5 сбора и обработки информации обеспечивает синхронизацию работы всех компонентов устройства, и в ней осуществляется преобразование Фурье информации, содержащей интенсивности электрического поля ТГц-импульсов для соответствующих сдвигов фаз, которая поступает в нее из компонента 3, и соответствующая дальнейшая обработка для получения спектра временной формы импульса ТГц-излучения.
На фиг.2 представлена более детальная схема некоторых частей устройства, схема которого представлена на фиг.1. Как показано на фиг.2, система 5 сбора и обработки информации содержит следующие компоненты: блок 51 сбора данных, который преобразует поступающие значения интенсивностей электрического поля ТГц-излучения, обозначенных на фиг.2 как аналоговые сигналы DTS, в цифровые данные; устройство 52 хранения данных, в котором хранятся цифровые данные, поступившие в блок 51; блок 53 задания фазы, в котором предварительно задается несколько фаз (сдвиги фаз), таких как θ1, θ2,…, θN в соответствии с информацией, введенной пользователем, например θ1=0, θ2=2×2π/65536, θ3=3×2π/65536, θN=65535×2π/65536; блок 54 управления, который вырабатывает команды управления для блока 1 управления частотой повторения и фазой в соответствии с предварительно заданными сдвигами фаз для стабилизации частоты повторения на заданной опорной частоте и для управления сдвигом фаз между двумя лазерными лучами в соответствии с предварительно заданными сдвигами фаз θi (i=1, 2,…, N) и вырабатывает команды управления на блок сбора 51 данных для получения значений Si (i=l, 2,…, N) интенсивностей электрического поля ТГц-излучения при соответствующих сдвигах фаз; и блок 55 обработки данных, который преобразует сдвиги фаз θi, считанные из устройства 52 хранения данных блоком 54 управления, в соответствующие временные сдвиги Ti (i=l, 2,…, N) после получения значений Fi интенсивностей электрического поля ТГц-излучения при соответствующих сдвигах θi фаз и осуществляет преобразование Фурье в отношении значений интенсивностей Тi (i=1, 2,…, N) электрического поля ТГц-излучения для получения спектра временной формы ТГц-импульсов. Здесь длительность периода 2π, соответствующего частоте повторения, может быть определена, поскольку частота повторения известна. Поэтому между вышеуказанными сдвигами θi фаз и соответствующими временными сдвигами Тi (i=l, 2,…, N) имеется однозначное соответствие.
Как показано на фиг.2, блок 1 управления частотой повторения и фазой содержит командный модуль 11, который выдает команды CTL1 или CTL2 в блок 12 регулировки в соответствии с опорным сигналом FREF, сдвигом фаз, поступающим из блока 54 управления, сигналом обратной связи FBS1, поступающим из фотоэлектрического детектора 6, и сигналом обратной связи FBS2, поступающим из фотоэлектрического детектора 7, и в соответствии с командами, поступающими из командного модуля 11, блок 12 регулировки регулирует длину резонатора фемтосекундного лазерного устройства 2 или 4, например, с помощью пьезоэлектрического устройства таким образом, чтобы частота повторения импульсов, излучаемых лазерным устройством 2 или 4, была равна опорной частоте, а сдвиг фазы между ними был равен сдвигу фазы θi, задаваемому блоком управления. Блок 51 сбора данных получает значение Si интенсивности электрического поля ТГц-излучения для сдвига фаз θi. Затем вышеуказанные операции повторяются для получения значений интенсивностей электрического поля ТГц-излучения для соответствующих сдвигов фаз.
На фиг.3 представлена блок-схема способа измерения спектра временной формы ТГц-сигнала в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Как можно видеть на фиг.3, пользователь задает несколько сдвигов фаз с помощью блока 53 задания фазы в системе 5 сбора и обработки информации. Например, если заданные фазы находятся в диапазоне 0~2π, и N=65536, то определяются соответствующие сдвиги фаз θ1, θ2,…, θN (S10).
После этого выбирается первый сдвиг θ1 для выполнения измерения (S11). Командный модуль 11 выдает команды CTL1 или CTL2 в блок 12 регулировки в соответствии с опорным сигналом FREF, сдвигом фаз, поступающим из блока 54 управления, сигналом обратной связи FBS1, поступающим из фотоэлектрического детектора 6, и сигналом обратной связи FBS2, поступающим из фотоэлектрического детектора 7, и в соответствии с командами, поступающими из командного модуля 11, блок 12 регулировки регулирует длину резонатора фемтосекундного лазерного устройства 2 или 4, например, с помощью пьезоэлектрического устройства таким образом, чтобы частота повторения импульсов, излучаемых лазерным устройством 2 или 4, была равна опорной частоте, а сдвиг фазы между ними был равен сдвигу фазы θi, задаваемым блоком управления (S12).
Затем с помощью кристалла 34 измеряется мгновенная интенсивность электрического поля ТГц-импульсов при заданном сдвиге фаз с использованием периферийных компонентов, таких как фотоэлектрический преобразователь 35. После этого блок 51 сбора данных преобразует аналоговый сигнал DTS интенсивности электрического поля ТГц-излучения в цифровую форму и записывает полученную информацию в устройство 52 хранения данных (S13).
На следующей стадии блок 54 управления определяет, выполнены ли измерения для всех сдвигов фаз (S14). Если нет, то блок 54 управления выбирает следующее значение сдвига фаз (S15), и осуществляется переход на стадию S11 для повторения вышеуказанной последовательности действий.
Если измерения выполнены для всех сдвигов фаз (ответ "ДА" на стадии S14), то блок управления 54 считывает сдвиги фаз θi из устройства 52 хранения данных, преобразует их в соответствующие разности Тi (i=l, 2,…, N) времен и передает их в блок 54 обработки данных. После этого в блоке 55 обработки данных выполняется преобразование Фурье в отношении массива значений интенсивностей Fi (i=l, 2,…, N) электрического поля импульсов ТГц-излучения для получения спектра временной формы ТГц-импульсов (S16). Наконец, полученный спектр временной формы импульса отображается на экране монитора или распечатывается (S17).
Как указывалось выше, поскольку частота повторения импульсов известна, то без труда можно вычислить длительность периода 2 π, соответствующую частоте повторения. Поэтому между вышеуказанными сдвигами θi и соответствующими временными сдвигами Тi (i=l, 2,…, N) имеется однозначное соответствие. Кроме того, хотя в вышеприведенном описании интенсивность электрического поля ТГц-излучения измеряется во временном интервале 0~2π, однако может быть задан определенный интервал, например временной интервал 0~π или его часть (например, диапазон с центром возле пикового значения).
Хотя в описании были рассмотрены отдельные варианты осуществления настоящего изобретения, однако специалистам в данной области технике будет ясно, что в эти варианты могут быть внесены изменения без отклонения от принципов и сущности изобретения, объем которого определяется формулой изобретения с учетом эквивалентов.

Claims (12)

1. Способ измерения спектра временной области импульсов терагерцевого излучения, содержащий стадии:
передачу первого луча импульсного излучения первым фемтосекундным лазерным устройством с заданной частотой повторения для генерации импульсов терагерцевого излучения;
передачу второго луча импульсного излучения вторым фемтосекундным лазерным устройством с частотой повторения;
измерение интенсивностей электрического поля терагерцевых импульсов для соответствующих сдвигов фаз между первым лучом импульсного излучения лазера и вторым лучом импульсного излучения лазера; и
получение спектра временной области терагерцевых импульсов путем выполнения преобразования Фурье в отношении массива значений интенсивностей электрического поля, отличающийся тем, что дополнительно содержит стадию управления первым и вторым фемтосекундными лазерными устройствами с использованием управления с обратной связью таким образом, чтобы они работали с одинаковой частотой повторения, и стадию регулируемого задания сдвига фаз первого импульсного излучения лазера и второго импульсного излучения лазера, так чтобы он был равен заданному сдвигу фаз, путем регулирования длины резонатора первого и/или второго фемтосекундного лазерного устройства.
2. Способ по п.1, который дополнительно содержит стадию преобразования сдвига фаз во временную разницу на основании частоты повторения.
3. Устройство для измерения спектра временной области импульсов терагерцевого излучения, содержащее:
первое фемтосекундное лазерное устройство для генерации первого луча импульсного излучения с заданной частотой повторения;
второе фемтосекундное лазерное устройство для генерации второго луча импульсного излучения с частотой повторения;
измерительное устройство для измерения интенсивностей электрического поля импульсов терагерцевого излучения для соответствующих сдвигов фаз между первым импульсным лазерным лучом и вторым импульсным лазерным лучом; и
устройство обработки данных для получения спектра временной области терагерцевых импульсов путем выполнения преобразования Фурье в отношении массива значений интенсивностей электрического поля, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство управления частотой и фазой для управления первым и вторым фемтосекундными лазерными устройствами с использованием управления с обратной связью таким образом, чтобы они работали с одинаковой частотой повторения, при этом средство управления частотой и фазой регулирует сдвиг фаз первого импульсного лазерного излучения и второго импульсного лазерного излучения, так чтобы он был равен заданному сдвигу фаз, путем регулирования длины резонатора первого и/или второго фемтосекундного лазерного устройства.
4. Устройство по п.3, в котором средство преобразования данных осуществляет преобразование сдвига фаз во временной сдвиг на основании частоты повторения.
5. Устройство по п.3, в котором первое и второе фемтосекундные лазерные устройства содержат по одному источнику накачки лазера, работающему в непрерывном режиме, и по одному фемтосекундному генератору.
6. Устройство по п.5, в котором источник накачки лазера, работающий в непрерывном режиме, и фемтосекундный генератор, выполнены как отдельные устройства.
7. Устройство по п.5, в котором источник накачки лазера, работающий в непрерывном режиме, и фемтосекундный генератор объединены друг с другом.
8. Устройство по п.6, в котором первое и второе фемтосекундные лазерные устройства работают от общего источника накачки, работающего в непрерывном режиме.
9. Устройство по п.6, в котором первое и второе фемтосекундные лазерные устройства снабжены отдельными источниками накачки, работающими в непрерывном режиме.
10. Устройство по п.3, содержащее дополнительно:
первый расщепитель луча, установленный на выходе первого фемтосекундного лазерного устройства, для возвращения первого луча импульсного излучения;
первый фотодетектор для преобразования возвращенного первого луча импульсного излучения в электрические сигналы, используемые как сигналы обратной связи;
второй расщепитель луча, установленный на выходе второго фемтосекундного лазерного устройства;
второй фотодетектор для преобразования возвращенного второго луча импульсного излучения в электрические сигналы, используемые как сигналы обратной связи.
11. Устройство по п.10, в котором первый расщепитель луча и первый фотодетектор встроены в первое фемтосекундное лазерное устройство, а второй расщепитель луча и второй фотодетектор встроены во второе фемтосекундное лазерное устройство.
12. Устройство по п.10, в котором первый расщепитель луча и первый фотодетектор выполнены отдельно от первого фемтосекундного лазерного устройства, и второй расщепитель луча и второй фотодетектор выполнены отдельно от второго фемтосекундного лазерного устройства.
RU2007148631/28A 2006-12-31 2007-12-27 Способ и устройство для измерения спектра временной области импульсов терагерцевого излучения RU2371684C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200610171670A CN101210874B (zh) 2006-12-31 2006-12-31 测量太赫兹时域光谱的方法及设备
CN200610171670.5 2006-12-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007148631A RU2007148631A (ru) 2009-07-10
RU2371684C2 true RU2371684C2 (ru) 2009-10-27

Family

ID=39477836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007148631/28A RU2371684C2 (ru) 2006-12-31 2007-12-27 Способ и устройство для измерения спектра временной области импульсов терагерцевого излучения

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7675037B2 (ru)
CN (1) CN101210874B (ru)
DE (1) DE102007055926B4 (ru)
GB (1) GB2457409B (ru)
RU (1) RU2371684C2 (ru)
WO (1) WO2008080300A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2473917C2 (ru) * 2010-01-08 2013-01-27 Кэнон Кабусики Кайся Способ и устройство для измерения электромагнитной волны

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100996638B1 (ko) 2008-10-20 2010-11-26 한국표준과학연구원 테라헤르츠 펄스파 푸리에 변환 분광기 및 그 분광기를 이용한 분광방법
JP5455721B2 (ja) * 2010-03-12 2014-03-26 キヤノン株式会社 テラヘルツ波測定装置及び測定方法
CN102297848B (zh) * 2011-05-16 2013-04-17 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种太赫兹脉冲快速成像的方法
CN102305767B (zh) * 2011-05-17 2012-11-14 中国计量学院 基于微控制器的太赫兹时域光谱样品自动测试装置
PT106056B (pt) 2011-12-12 2014-08-04 Inst Superior Técnico Dispositivo formado por uma linha magnética de transmissão, para uso em circuitos integrados, para aplicações na tecnologia terahertz
US9417193B2 (en) 2012-08-01 2016-08-16 Tatiana Globus Terahertz spectroscopy characterization with high spectral and spatial resolution for biological and chemical sensing and method of use
CN103194788B (zh) * 2013-04-17 2016-03-23 清华大学 太赫兹频段各向异性介质晶体的制备、表征及应用方法
CN103256893B (zh) * 2013-05-28 2015-07-08 中国石油大学(北京) 测量太赫兹时域光谱系统光斑位置和大小的测量仪及方法
CN103424389B (zh) * 2013-07-25 2016-06-22 华南师范大学 一种测量荧光粉的pl光谱及ple光谱的测试系统
CN104849294A (zh) * 2015-06-05 2015-08-19 公安部第三研究所 一种基于极高频脉冲电磁波的物品查探装置
US10114065B2 (en) * 2015-12-18 2018-10-30 Sandisk Technologies Llc Pulsed electron beam current probe and methods of operating the same
CN106092321B (zh) * 2016-06-24 2018-05-25 天津大学 一种基于cars效应的太赫兹波频率测量装置的测量方法
CN106295614A (zh) * 2016-08-23 2017-01-04 上海理工大学 太赫兹波检测颗粒样品频谱散射线的去除算法
CN107037275B (zh) * 2016-10-26 2019-08-16 北京航空航天大学 一种测量单个带电颗粒荷质比的装置
CN106769998A (zh) * 2017-01-18 2017-05-31 上海朗研光电科技有限公司 基于主动调制脉冲非线性放大的太赫兹光谱实时分析方法
KR101985007B1 (ko) 2017-05-15 2019-06-03 아주대학교산학협력단 박막 결정화 모니터링을 위한 In-situ 테라헤르츠파 분광기
CN107741525B (zh) * 2017-10-13 2019-06-14 南京航空航天大学 光电探测器频率响应测量方法及装置
CN109696242A (zh) * 2017-10-23 2019-04-30 首都师范大学 一种异步扫频THz时域光谱系统
DE102018109250A1 (de) * 2018-04-18 2019-10-24 INOEX GmbH Innovationen und Ausrüstungen für die Extrusionstechnik Verfahren und THz-Messgerät zur Vermessung eines Messobjektes mit elektromagnetischer Strahlung
CN109459611B (zh) * 2018-12-16 2020-01-10 华中科技大学 基于干涉仪的太赫兹短脉冲信号的抗干扰频谱测量方法
CN110095431B (zh) * 2019-05-06 2021-11-30 黄淮学院 基于太赫兹波测量弯曲的镧锶锰氧电子浓度的方法
CN111896787A (zh) * 2020-06-05 2020-11-06 北京无线电计量测试研究所 一种用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量系统及测量方法
CN113655024B (zh) * 2021-09-29 2023-07-14 岭澳核电有限公司 一种可视化太赫兹时域光谱检测装置、检测方法及应用

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4446557A (en) * 1981-11-06 1984-05-01 Hughes Aircraft Company Mode-locked semiconductor laser with tunable external cavity
US6208458B1 (en) * 1997-03-21 2001-03-27 Imra America, Inc. Quasi-phase-matched parametric chirped pulse amplification systems
EP1155294A1 (en) * 1999-02-23 2001-11-21 Teraprobe Limited Method and apparatus for terahertz imaging
US6723991B1 (en) * 2000-10-20 2004-04-20 Imra America, Inc. Single-shot differential spectroscopy and spectral-imaging at submillimeter wavelengths
JP3550381B2 (ja) * 2001-06-27 2004-08-04 松下電器産業株式会社 偏光解析装置及び偏光解析方法
JP4403272B2 (ja) * 2004-08-09 2010-01-27 国立大学法人 岡山大学 分光計測方法及び分光計測装置
GB2417554B (en) * 2004-08-26 2007-08-08 Teraview Ltd Spectroscopy apparatus and associated technique
CN1815828A (zh) * 2005-02-02 2006-08-09 中国科学院半导体研究所 半导体泵浦的太赫兹激光脉冲发生器
JP4565198B2 (ja) * 2005-03-01 2010-10-20 国立大学法人大阪大学 高分解・高速テラヘルツ分光計測装置
CN100468021C (zh) * 2005-09-29 2009-03-11 中山大学 延时受控无条纹光谱相位干涉脉冲测量方法及其测量装置
CN200996980Y (zh) * 2006-12-31 2007-12-26 清华大学 测量太赫兹时域光谱的设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BARTELS A. et al. High-resolution THz spectrometer with kHz scan rates. Optics Express, 9 jan. 2006, v.l4, №1, p.430-436. ZHANG XINGNING et al. THz Time-Domain Spectroscopy. Laser and Optronics Progress, July 2005, v.42, №7, p.35-38. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2473917C2 (ru) * 2010-01-08 2013-01-27 Кэнон Кабусики Кайся Способ и устройство для измерения электромагнитной волны

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007055926A1 (de) 2008-07-10
US20080157750A1 (en) 2008-07-03
GB0910572D0 (en) 2009-07-29
GB2457409B (en) 2011-01-05
GB2457409A (en) 2009-08-19
RU2007148631A (ru) 2009-07-10
CN101210874A (zh) 2008-07-02
DE102007055926B4 (de) 2010-04-08
US7675037B2 (en) 2010-03-09
WO2008080300A1 (fr) 2008-07-10
CN101210874B (zh) 2010-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2371684C2 (ru) Способ и устройство для измерения спектра временной области импульсов терагерцевого излучения
US7605371B2 (en) High-resolution high-speed terahertz spectrometer
US6747736B2 (en) Terahertz wave spectrometer
US7535005B2 (en) Pulsed terahertz spectrometer
US5905577A (en) Dual-laser voltage probing of IC's
CN106442378B (zh) 基于太赫兹光梳提高光谱吸收率测试精准度的装置
EP2708856B1 (en) Device and method for measuring the distribution of physical quantities in an optical fibre
KR20110036944A (ko) 주파수 빗들을 가진 간섭계 및 동기화 설계
JP2011080860A (ja) テラヘルツレーダ装置
US6687006B2 (en) Heterodyne based optical spectrum analysis with reduced data acquisition requirement
CN108287132B (zh) 一种太赫兹异步高速扫描系统触发信号产生装置及方法
JP6877713B2 (ja) 周波数シフトテラヘルツ波発生装置及び発生方法、周波数シフトテラヘルツ波計測装置及び計測方法、断層状態検出装置及び検出方法、サンプル特性計測装置、計測方法
US5666062A (en) Voltage measuring using electro-optic material's change in refractive index
KR20100043463A (ko) 테라헤르츠 펄스파 푸리에 변환 분광기 및 그 분광기를 이용한 분광방법
RU2697879C1 (ru) Фемтосекундный оптико-электронный комплекс для измерения поля тгц импульсов, получаемых с помощью ускорителя электронов
CN116337777B (zh) 一种基于单光梳的宽频带光声光谱测量系统及方法
CN113984710B (zh) 危险材料检测装置
CN112903624B (zh) 基于五能级里德堡量子态的太赫兹生物检测方法及装置
US11874311B1 (en) Detecting radio frequency electromagnetic radiation using vapor cell sensors and comb spectra
JPH0886816A (ja) 電圧測定装置
JP2004069333A (ja) 波長計測方法
Wu et al. New Trigger Signal Triggering Method Based on Asynchronous Scanning System
JPH01201122A (ja) 光パルス測定方法
Furuya et al. Development of fast scan THz-TDS system by using repetition rate tunable femtosecond laser
CN116879217A (zh) 一种基于光纤太赫兹异步采样的光谱和成像系统

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201228