CN103575393A - 光学延迟线装置及太赫兹时域光谱系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学延迟线装置及太赫兹时域光谱系统，该光学延迟线装置包括反射镜组、反射镜底座以及音圈电机平台；所述反射镜组安装于所述反射镜底座，扫描太赫兹光的延迟，所述反射镜底座固定于所述音圈电机平台，所述音圈电机平台驱动所述反射镜组进行线性往复运动，进行扫描。本发明采用音圈电机平台驱动反射镜组扫描太赫兹脉冲的延时，从而克服电动平移台受机械惯性所限制，传动响应较慢且滞后的缺陷，能够速扫描太赫兹脉冲的不同延迟，大大缩短太赫兹脉冲的探测时间，实现快速的太赫兹光谱和成像，且成本较低、操作方便、易于集成、时间窗口大，大大扩大了太赫兹时域光谱系统应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学系统，尤其涉及一种光学延迟线装置及太赫兹时域光谱系统。
背景技术
太赫兹波是指频率在0.1THz--10THz远红外波段的相干电磁辐射，处于电磁波谱中电子学向光子学过渡的特殊位置，因而具有透视性、安全性、光谱分辨本领等独特的性质，具有非常重要的学术价值和应用前景。随着太赫兹技术的发展，太赫兹光谱及成像在生物学、医学疾病诊断、材料科学、军事以及化学基础研究等许多领域展现出巨大的应用潜力，并迅速成为一个令人关注的前沿研究方向。太赫兹时域光谱（Terahertz time domain spectroscopy,THz-TDS）技术是国际上近年来发展起来的太赫兹辐射的应用技术之一，是一种新兴的光谱技术，是太赫兹光谱技术的核心研发领域。太赫兹时域光谱所具有的相干探测方法、高的时间分辨率和高灵敏度为人们展现了一个全新的光谱学研究视角，也给光谱学研究者提供了新的机遇。
目前，太赫兹时域光谱系统大都需要光学延迟线装置对太赫兹脉冲进行扫描，扫描太赫兹脉冲的延迟。但是，由于光学延迟线装置的扫描速度受电动平移台的机械惯性所限制，传动响应较慢且滞后，不能对太赫兹脉冲进行快速扫描，使得测量时间过长，大大限制了太赫兹时域光谱系统应用范围。
发明内容
基于此，有必要针对上述不能进行快速扫描的问题，提供一种能够快速扫描的光学延迟线装置。
此外，还提供一种使用上述光学延迟线装置的太赫兹时域光谱系统。
一种光学延迟线装置，包括反射镜组、反射镜底座以及音圈电机平台；所述反射镜组安装于所述反射镜底座，扫描太赫兹光的延迟，所述反射镜底座固定于所述音圈电机平台，所述音圈电机平台驱动所述反射镜组进行线性往复运动，进行扫描。
在其中一个实施例中，所述反射镜组包括外反射镜组及内反射镜组，所述外反射镜组和内反射镜组相对设置，数目相同且形成反射镜对，所述外反射镜组固定于扫描光路，所述内反射镜组固定在反射镜底座上，由所述音圈电机平台驱动进行线性往复运动。
在其中一个实施例中，所述光学延迟线装置还包括控制器；所述控制器用于对所述音圈电机平台的运动进行控制。
一种太赫兹时域光谱系统，包括设置于光路上的分束器、发射器、抛面镜组、探测器以及光学延迟线装置；所述光学延迟线装置包括反射镜组、反射镜底座以及音圈电机平台，所述反射镜组安装于所述反射镜底座，扫描太赫兹光的延迟，所述反射镜底座固定于所述音圈电机平台，所述音圈电机平台驱动所述反射镜组进行线性往复运动，进行扫描。
在其中一个实施例中，所述反射镜组包括外反射镜组及内反射镜组，所述外反射镜组和内反射镜组相对设置，数目相同且形成反射镜对，所述外反射镜组固定于扫描光路，所述内反射镜组固定在反射镜底座上，由所述音圈电机平台驱动进行线性往复运动。
在其中一个实施例中，所述光学延迟线装置还包括控制器；所述控制器用于对所述音圈电机平台的运动进行控制。
在其中一个实施例中，所述发射器和探测器中均设置有光导天线。
在其中一个实施例中，所述光导天线介质为LT-GaAs晶体。
在其中一个实施例中，所述抛面镜组为离轴抛面镜组。
在其中一个实施例中，所述抛面镜组包括沿光路依次设置的第一抛面镜、第二抛面镜、第三抛面镜以及第四抛面镜。
上述光学延迟线装置及太赫兹时域光谱系统，采用音圈电机平台驱动反射镜组扫描太赫兹脉冲的延时，从而克服电动平移台受机械惯性所限制，传动响应较慢且滞后的缺陷，能够速扫描太赫兹脉冲的不同延迟，大大缩短太赫兹脉冲的探测时间，实现快速的太赫兹光谱和成像，且成本较低、操作方便、易于集成、时间窗口大，大大扩大了太赫兹时域光谱系统应用范围。
附图说明
图1是一个实施例中太赫兹时域光谱系统的结构示意图。
具体实施方式
图1是一个实施例中太赫兹时域光谱系统的结构示意图。该太赫兹时域光谱系统包括设置于光路上的分束器100、发射器200、抛面镜组300、探测器400以及光学延迟线装置500。
该实施例中，发射器100和探测器400中均设置有光导天线。光导天线介质所用材料为LT-GaAs（Low temperature grown GaAs）晶体。
抛面镜组300为离轴抛面镜组，包括多个离轴抛面镜。进一步的，抛面镜组300包括沿光路依次设置的第一抛面镜310、第二抛面镜320、第三抛面镜330以及第四抛面镜340。
光学延迟线装置500包括反射镜组510、反射镜底座（图未示）以及音圈电机平台520。反射镜组510安装于反射镜底座，扫描太赫兹脉冲的延迟。反射镜底座固定在音圈电机平台520。音圈电机平台520驱动反射镜组510进行线性往复运动，进行扫描。
该实施例中，反射镜组510为两组成对设置的反射镜，构成反射镜对，包括外反射镜组511及内反射镜组512。外反射镜组511和内反射镜组512相对设置，数目相同且形成反射镜对。外反射镜组511固定于扫描光路，内反射镜组512固定在反射镜底座上，由音圈电机平台520驱动进行线性往复运动。反射镜组510的对数根据需要进行调整，即根据需要调整外反射镜组511和内反射镜组512的数目，增加或者减少反射镜对数目。反射镜对数目增加能够加大光学延迟线装置500的总延迟时间（即时间窗口），反之减小。
进一步的，该光学延迟线装置500还包括控制器530。控制器530用于对音圈电机平台520的运动进行控制，精确控制音圈电机平台520的往复直线运动。
该太赫兹时域光谱系统工作时，分秒激光器10产生的飞秒脉冲激光（波长为800nm，脉宽为100fs）经过分束器100后，被分为飞秒泵浦光和飞秒探测光。其中，发射器200接收飞秒泵浦光，飞秒泵浦光照射到发射器200中被直流偏置的光导天线上，激发出太赫兹脉冲。第一抛面镜310、第二抛面镜320将太赫兹脉冲聚焦到样品上，太赫兹脉冲从样品透射，经由第三抛面镜330、第四抛面镜340反射到探测器400，照射到探测器400的光导天线上，作为加在光导天线介质的偏置电场。同时，飞秒探测光经过反射后，经光学延迟线装置500的反射镜组510，再经过反射后与太赫兹脉冲同步到达探测器400的光导天线介质上，在介质中产生自由载流子。太赫兹脉冲的电场驱动自由载流子运动形成光电流。光电流正比于太赫兹脉冲瞬间电场，检测光电流即可探测到太赫兹脉冲。反射镜组510在音圈电机平台520驱动下，快速同步扫描太赫兹脉冲的延迟，实现太赫兹的快速光谱测量。由于光学延迟线装置500采用音圈电机平台520驱动反射镜组510，音圈电机平台520基于洛伦兹力原理设计而成，具有无限分辨率、无滞后、高响应、高加速度、高速度、体积小且力特性好、控制方便等一系列优点，从而克服电动平移台受机械惯性所限制，传动响应较慢且滞后的缺陷，能够快速扫描太赫兹脉冲的不同延迟，大大缩短太赫兹脉冲的探测时间，实现快速的太赫兹光谱和成像，且具有成本较低、操作方便、易于集成、时间窗口较大等优点，大大扩大了太赫兹时域光谱系统应用范围。
上述光学延迟线装置及太赫兹时域光谱系统，采用音圈电机平台驱动反射镜组扫描太赫兹脉冲的延时，从而克服电动平移台受机械惯性所限制，传动响应较慢且滞后的缺陷，能够速扫描太赫兹脉冲的不同延迟，大大缩短太赫兹脉冲的探测时间，实现快速的太赫兹光谱和成像，且成本较低、操作方便、易于集成、时间窗口大，大大扩大了太赫兹时域光谱系统应用范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种光学延迟线装置，其特征在于，包括反射镜组、反射镜底座以及音圈电机平台；所述反射镜组安装于所述反射镜底座，扫描太赫兹光的延迟，所述反射镜底座固定于所述音圈电机平台，所述音圈电机平台驱动所述反射镜组进行线性往复运动，进行扫描。
2.根据权利要求1所述的光学延迟线装置，其特征在于，所述反射镜组包括外反射镜组及内反射镜组，所述外反射镜组和内反射镜组相对设置，数目相同且形成反射镜对，所述外反射镜组固定于扫描光路，所述内反射镜组固定在反射镜底座上，由所述音圈电机平台驱动进行线性往复运动。
3.根据权利要求1所述的光学延迟线装置，其特征在于，所述光学延迟线装置还包括控制器；所述控制器用于对所述音圈电机平台的运动进行控制。
4.一种太赫兹时域光谱系统，其特征在于，包括设置于光路上的分束器、发射器、抛面镜组、探测器以及光学延迟线装置；所述光学延迟线装置包括反射镜组、反射镜底座以及音圈电机平台，所述反射镜组安装于所述反射镜底座，扫描太赫兹光的延迟，所述反射镜底座固定于所述音圈电机平台，所述音圈电机平台驱动所述反射镜组进行线性往复运动，进行扫描。
5.根据权利要求4所述的太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述反射镜组包括外反射镜组及内反射镜组，所述外反射镜组和内反射镜组相对设置，数目相同且形成反射镜对，所述外反射镜组固定于扫描光路，所述内反射镜组固定在反射镜底座上，由所述音圈电机平台驱动进行线性往复运动。
6.根据权利要求4所述的太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述光学延迟线装置还包括控制器；所述控制器用于对所述音圈电机平台的运动进行控制。
7.根据权利要求4所述的太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述发射器和探测器中均设置有光导天线。
8.根据权利要求7所述的太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述光导天线介质为LT-GaAs晶体。
9.根据权利要求4所述的太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述抛面镜组为离轴抛面镜组。
10.根据权利要求9所述的太赫兹时域光谱系统，其特征在于，所述抛面镜组包括沿光路依次设置的第一抛面镜、第二抛面镜、第三抛面镜以及第四抛面镜。
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