CN103279139B - 一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的调节方法 - Google Patents

Abstract

一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的调节方法，涉及一种太赫兹波探测技术。它为了解决太赫兹波自由电光取样装置中手动调节四分之一波片无法实现平衡探测器输出为零，影响实验结果的问题。本发明所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置包括自定心透镜架、水平伞齿轮、竖直伞齿轮、滤波电路、AD转换电路、单片机、运动控制器和步进电机；平衡探测器输出的信号经过滤波器和AD转换电路后发送至单片机；单片机根据通过运动控制器向步进电机发送指令代码来控制步进电机转动的方向和角度，进而控制四分之一波片转动。本发明能够使平衡探测器输出为零，减小实验误差。本发明适用于太赫兹波探测领域。

Description

一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的调节方法

技术领域

本发明涉及一种太赫兹波探测技术。

背景技术

太赫兹(THz)波是指频率在0.1THz～10THz(波长在30μm～3mm)之间的电磁辐射，太赫兹波段一端落入远红外波段，另一端落入亚毫米波段，是光子技术与电子技术、红光状态与微光状态之间的过渡区域，表现出一系列不同于其他电磁辐射的特殊性能。二十多年以来，太赫兹波发生与探测技术获得了较大的发展，出现了太赫兹时域光谱技术、太赫兹成像技术、光泵浦-太赫兹探测光谱等技术。由于电介质中的晶体共振、大分子的转动及振动态、纳米材料的限域态等均在太赫兹波段，所以这些技术被广泛用于生物、医学、化学、及材料科学领域的研究。常见的太赫兹探测方法是光电导天线法和自由电光取样法；其中自由空间电光取样可以看作是光学整流的逆过程，具有相应频谱宽、结构简单、操作方便和相对低廉而被广泛应用。

图1示出了太赫兹波自由电光取样装置的结构，超短脉冲激光器产生的激光脉冲经过分束镜9分成两束光，所述两束光分别作为泵浦光和探测光，所述泵浦光依次经过第一高反镜10和第二高反镜11反射后进入太赫兹发射晶体12产生太赫兹波，所述太赫兹波依次经过第一离轴抛物面镜13反射和第二离轴抛物面镜14反射；探测光经过斩波器后入射到第三高反镜15的表面，经第三高反镜15反射的探测光依次经过延迟线和二分之一波片16，从二分之一波片16透射出的探测光与经过离轴抛物面镜14反射的太赫兹波汇合后共线进入太赫兹波探测晶体17，从太赫兹波探测晶体17透射出的探测光与太赫兹波依次经过四分之一波片18和渥拉斯通棱镜19，从渥拉斯通棱镜19透射出的探测光与太赫兹波被分成平行的两束光并被平衡探测器所接收。

平衡探测器由两个电光二极管组成，当没有太赫兹波产生时，通过调节四分之一波片6将线偏振的探测光转换成圆偏振光，经过渥拉斯通棱镜19将圆偏振光分成X方向和Y方向的线偏振光，平衡探测器的输出为零；当探测光与太赫兹波同时通过探测晶体17时，探测光的偏振受到太赫兹辐射的调制，X方向与Y方向的偏振分量不能抵消，其差值正比于THz波的电场强度，平衡探测器的输出不再为零，通过调节探测光和太赫兹波的相对延迟，就能得到不同时刻的太赫兹波电场，进而得到太赫兹波的时域和频域波形。

在太赫兹波电光取样探测之前需要进行探测光的平衡调节，通过反复调节四分之一波片18，保证在没有太赫兹波产生的情况下平衡探测器的输出近似为零。自由电光取样探测的平衡误差直接影响了太赫兹波探测输出幅值的大小，在实际实验过程中发现，手动调节四分之一波片18来实现平衡探测器的输出为零几乎不可能实现，而且实验人员手动调节的精细程度及经验对平衡结果的影响非常大。因此，有必要去研发一种用于太赫兹波探测过程中探测光的自动平衡调节装置，减小人为误差对实验结果的影响，保证实验结果的可信度，同时提高工作效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决太赫兹波自由电光取样装置中手动调节四分之一波片无法实现平衡探测器输出为零，影响实验结果的问题，提供一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的调节方法。

本发明所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置包括水平伞齿轮1、自定心透镜架2、竖直伞齿轮3、滤波电路4、AD转换电5、单片机电路6、运动控制器7和步进电机8；

所述水平伞齿轮1套接在步进电机8的转轴输出端，竖直伞齿轮3为空心伞齿轮，该竖直伞齿轮3固定在空心轴上，该空心轴的轴线与步进电机8的转轴的轴线相互垂直，水平伞齿轮1与竖直伞齿轮3紧密咬合，所述竖直伞齿轮3的一侧与自定心透镜架2固定连接；

滤波电路4的电压信号输出端与AD转换电5的模拟信号输入端连接，AD转换电5的数字信号输出端与单片机电路6的控制信号输入端连接，单片机电路6的控制信号输出端与运动控制器7的控制信号输入端通过RS232接口连接，运动控制器7的控制信号输出端与步进电机8的控制信号输入端连接。

本发明所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的AD转换电5采用12位高精度芯片实现。

本发明所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的单片机电路6采用89C52型号单片机实现。

本发明所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的运动控制器7采用双轴运动控制器7，所述双轴运动控制器7的控制精度为0.01°/步。

本发明所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的步进电机8的步距角为0.9°，静转矩为3.2Kg·cm。

本发明所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的调节方法通过以下步骤实现：

步骤一、将太赫兹波自由电光取样装置的四分之一波片固定在自定心透镜架2上，将太赫兹波自由电光取样装置的平衡探测器的电信号输出端连接至滤波电路4的信号输入端，然后启动太赫兹波自由电光取样装置使其只产生探测光而不产生太赫兹波；

步骤二、单片机电路6通过滤波电路4和AD转换电5采集平衡探测器发出的电信号，执行步骤三；

步骤三、单片机电路6判断采集的信号是否为零，如果判断结果为是，返回步骤二；否则，执行步骤四；

步骤四、单片机电路6根据采集的信号获得控制调整角度的命令，并将该调整角度的命令发送给运动控制器7；执行步骤五；

步骤五、运动控制器7根据接收到的调整角度的命令发送控制信号给步进电机8；执行步骤六；

步骤六、步进电机8在控制信号的控制下转动，进而带动竖直伞齿轮3旋转，最终实现调整四分之一波片的角度，然后返回执行步骤二。

本发明所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的调节方法利用单片机6控制步进电机8转动来调节四分之一波片，能够使平衡探测器输出为零，减小人为调节误差对实验结果的影响。

附图说明

图1为太赫兹波自由电光取样装置的结构示意图；

图2为本发明所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的结构示意图；

图3为本发明所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的调节方法流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置包括水平伞齿轮1、自定心透镜架2、竖直伞齿轮3、滤波电路4、AD转换电5、单片机电路6、运动控制器7和步进电机8；

所述水平伞齿轮1套接在步进电机8的转轴输出端，竖直伞齿轮3为空心伞齿轮，该竖直伞齿轮3固定在空心轴上，该空心轴的轴线与步进电机8的转轴的轴线相互垂直，水平伞齿轮1与竖直伞齿轮3紧密咬合，所述竖直伞齿轮3的一侧与自定心透镜架2固定连接；

滤波电路4的电压信号输出端与AD转换电5的模拟信号输入端连接，AD转换电5的数字信号输出端与单片机电路6的控制信号输入端连接，单片机电路6的控制信号输出端与运动控制器7的控制信号输入端通过RS232接口连接，运动控制器7的控制信号输出端与步进电机8的控制信号输入端连接。

具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的区别在于，所述的AD转换电5采用12位高精度芯片实现。

具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的区别在于，所述的单片机电路6采用89C52型号单片机实现。

具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的区别在于，所述的运动控制器7采用双轴运动控制器7，所述双轴运动控制器7的控制精度为0.01°/步。

具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的区别在于，所述的步进电机8的步距角为0.9°，静转矩为3.2Kg·cm。

本发明所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的具体结构不局限于上述各实施方式所记载的具体技术方案，还可以是上述各个实施方式所记载的技术特征的合理组合。

具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式是基于实施方式一所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的调节方法，所述调节方法通过以下步骤实现：

步骤一、将太赫兹波自由电光取样装置的四分之一波片固定在自定心透镜架2上，将太赫兹波自由电光取样装置的平衡探测器的电信号输出端连接至滤波电路4的信号输入端，然后启动太赫兹波自由电光取样装置使其只产生探测光而不产生太赫兹波；

步骤二、单片机电路6通过滤波电路4和AD转换电5采集平衡探测器发出的电信号，执行步骤三；

步骤三、单片机电路6判断采集的信号是否为零，如果判断结果为是，返回步骤二；否则，执行步骤四；

步骤四、单片机电路6根据采集的信号获得控制调整角度的命令，并将该调整角度的命令发送给运动控制器7；执行步骤五；

步骤五、运动控制器7根据接收到的调整角度的命令发送控制信号给步进电机8；执行步骤六；

步骤六、步进电机8在控制信号的控制下转动，进而带动竖直伞齿轮3旋转，最终实现调整四分之一波片的角度，然后返回执行步骤二。

本实施方式所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的的调节方法分为粗调、细调和精调三个部分，调节过程开始后，单片机电路6首先初始化，然后开始粗调，当误差较小时，粗调结束，进入细调过程，细调结束后进入微调过程，微调结束后，蜂鸣器报警以示调节完毕。

本实施方式所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置在调节四分之一波片的过程中，单片机电路6根据平衡探测器的输出信号来控制步进电机8转动，直至平衡探测器的输出信号为零，保证了实验结果的准确性。

Claims (5)

1.一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的调节方法，所述装置包括水平伞齿轮(1)、自定心透镜架(2)、竖直伞齿轮(3)、滤波电路(4)、AD转换电路(5)、单片机电路(6)、运动控制器(7)和步进电机(8)；

所述水平伞齿轮(1)套接在步进电机(8)的转轴输出端，竖直伞齿轮(3)为空心伞齿轮，该竖直伞齿轮(3)固定在空心轴上，该空心轴的轴线与步进电机(8)的转轴的轴线相互垂直，水平伞齿轮(1)与竖直伞齿轮(3)紧密咬合，所述竖直伞齿轮(3)的一侧与自定心透镜架(2)固定连接；

滤波电路(4)的电压信号输出端与AD转换电路(5)的模拟信号输入端连接，AD转换电路(5)的数字信号输出端与单片机电路(6)的控制信号输入端连接，单片机电路(6)的控制信号输出端与运动控制器(7)的控制信号输入端通过RS232接口连接，运动控制器(7)的控制信号输出端与步进电机(8)的控制信号输入端连接；

其特征在于，所述调节方法通过以下步骤实现：

步骤一、将太赫兹波自由电光取样装置的四分之一波片固定在自定心透镜架(2)上，将太赫兹波自由电光取样装置的平衡探测器的电信号输出端连接至滤波电路(4)的信号输入端，然后启动太赫兹波自由电光取样装置使其只产生探测光而不产生太赫兹波；

步骤二、单片机电路(6)通过滤波电路(4)和AD转换电路(5)采集平衡探测器发出的电信号，执行步骤三；

步骤三、单片机电路(6)判断采集的信号是否为零，如果判断结果为是，返回步骤二；否则，执行步骤四；

步骤四、单片机电路(6)根据采集的信号获得控制调整角度的命令，并将该调整角度的命令发送给运动控制器(7)；执行步骤五；

步骤五、运动控制器(7)根据接收到的调整角度的命令发送控制信号给步进电机(8)；执行步骤六；

步骤六、步进电机(8)在控制信号的控制下转动，进而带动竖直伞齿轮(3)旋转，最终实现调整四分之一波片的角度，然后返回执行步骤二。

2.根据权利要求1所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的调节方法，其特征在于：所述的AD转换电路(5)采用12位高精度芯片实现。

3.根据权利要求1所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的调节方法，其特征在于：所述的单片机电路(6)采用89C52型号单片机实现。

4.根据权利要求1所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的调节方法，其特征在于：所述的运动控制器(7)采用双轴运动控制器(7)，所述双轴运动控制器(7)的控制精度为0.01°/步。

5.根据权利要求1所述的一种用于太赫兹波探测的自动平衡调节装置的调节方法，其特征在于：所述的步进电机(8)的步距角为0.9°，静转矩为3.2Kg·cm。