CN107664626A - 一种衰减全反射式太赫兹光谱测量探头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种衰减全反射式太赫兹光谱测量探头，探头实体由上椭圆面、下椭圆面、圆形平面、上锥面和下锥面组成，上锥面上设置有上椭圆面左焦点，太赫兹发射源设置在上椭圆面左焦点上，下锥面上设置有下椭圆面左焦点，太赫兹探测器设置在下椭圆面左焦点上，圆形平面的圆心上设置有上下椭圆面右焦点，圆形平面上设有中央测量窗口；本发明采用一体式光学设计，有效提高探头工作的稳定性；太赫兹波束在探头实体内部传输，且探头实体外表面涂覆金属膜，可有效避免空气水汽等环境因素对测量结果的不良影响；太赫兹波束在测量界面处为会聚光斑，有效提高功率密度，提升测量信噪比，减小对测量样品的接触表面积要求。
Description
技术领域
本发明属于太赫兹光谱测量技术领域，具体涉及一种衰减全反射式太赫兹光谱测量探头。
背景技术
得益于太赫兹波的穿透性、安全性和指纹光谱等特性，太赫兹光谱测量技术在物质成分分析、生物制药、医学诊断、无损检测等领域具有广泛的、独特的应用价值。太赫兹光谱测量系统工作时，常见的测量模式有透射式、反射式和衰减全反射式。其中，衰减全反射式测量模式特别适用于微量粉末样品或液体样品的太赫兹光谱测量。为了实现衰减全反射式测量，已报道的方案CN102590125A、CN106580264A、CN105928898A均采用分离式光学元件搭建而成，一定程度上影响光路的稳定性，且测量时容易受到空气中水汽的影响；方案CN204495714U采用一体式光学设计方案，可以较好的解决上述问题，但是：（1）太赫兹波束在全内反射界面（即测量接触面）为发散光束，光斑直径大、能量密度下降，尤其是当探测样品不能全部覆盖太赫兹光斑时，一方面导致信噪比下降，另一方面也会使测量结果受到空气中水汽的影响；（2）由于测量接触面为非平面设计（椭球面），对待测样品的形貌有特定要求，限制了应用场景。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术的不足，设计一种一体式的衰减全反射式太赫兹光谱测量探头，本发明解决了现有技术方案中分离式光路设计稳定性差、易受空气水汽影响、测量接触面太赫兹光束能量密度低导致灵敏度降低、测量接触面非平面使测量环境受限等缺点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种衰减全反射式太赫兹光谱测量探头，包括探头实体、太赫兹发射源和太赫兹探测器，所述的探头实体由上椭圆面、下椭圆面、位于后侧的圆形平面以及位于前方的上锥面和下锥面组成，所述的上锥面和下锥面的夹角为90°，所述的上锥面上设置有上椭圆面左焦点，所述的太赫兹发射源设置在上椭圆面左焦点上，所述的下锥面上设置有下椭圆面左焦点，所述的太赫兹探测器设置在下椭圆面左焦点上，所述的圆形平面的圆心上设置有上下椭圆面右焦点，所述的圆形平面上位于上下椭圆面右焦点处设置有中央测量窗口。
所述的探头实体的外表面除中央测量窗口以及安装太赫兹发射源和太赫兹探测器的位置外均设置有金属膜。
所述的探头实体采用高阻硅件。
所述的太赫兹发射源和太赫兹探测器均采用光纤耦合式的太赫兹光电导天线。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用一体式光学设计，有效提高探头工作的稳定性。
2、本发明使太赫兹波束在探头实体内部传输，且探头实体外表面涂覆金属膜，可有效避免空气水汽等环境因素对测量结果的不良影响。
3、本发明的圆形平面上设置有位于上下椭圆面右焦点处的中央测量窗口，使太赫兹波束在测量界面处为会聚光斑，有效提高功率密度，提升测量信噪比，减小对测量样品的接触表面积要求。
4、本发明的测量接触面为平面，实用性强。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
各附图标记为：1—探头实体，11—上椭圆面，12—上锥面，13—下锥面，14—下椭圆面，15—圆形平面，2—太赫兹发射源，3—太赫兹探测器，4—上椭圆面左焦点，5—下椭圆面左焦点，6—上下椭圆面右焦点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1所示，本发明公开了一种衰减全反射式太赫兹光谱测量探头，包括鼓形的探头实体1、太赫兹发射源2和太赫兹探测器3，所述的探头实体1采用太赫兹波段色散小、损耗小的材料（例如：高阻硅等）制作，所述的探头实体1由上椭圆面11、下椭圆面14、位于后侧的圆形平面15以及位于前方的上锥面12和下锥面13组成，所述的上锥面12和下锥面13的夹角为90°，所述的上锥面12上设置有上椭圆面左焦点4，所述的太赫兹发射源2设置在上椭圆面左焦点4上，所述的下锥面13上设置有下椭圆面左焦点5，所述的太赫兹探测器3设置在下椭圆面左焦点5上，所述的圆形平面15的圆心上设置有上下椭圆面右焦点6，即上椭圆面和下椭圆面的右侧焦点位置重合，所述的圆形平面15上位于上下椭圆面右焦点6处设置有中央测量窗口。
从位于上椭圆面左焦点4处的太赫兹发射源2辐射的太赫兹波束经过上椭圆面11反射后，汇聚到圆形平面15上的上下椭圆面右焦点6，然后在圆形的圆形平面1和空气界面之间形成全内反射，经由下椭圆面14反射后，汇聚到下椭圆面左焦点5处的太赫兹探测器3。探头工作时，待测样品紧贴圆形平面15上位于上下椭圆面右焦点6处的中央测量窗口，形成衰减全反射式测量模式。
为了进一步避免空气水汽等环境因素对测量结果的影响，所述的探头实体1的外表面除中央测量窗口以及安装太赫兹发射源2和太赫兹探测器3的位置外均设置有金、银或其它贵金属膜。
本发明并不限定所使用的太赫兹发射源2和太赫兹探测器3的具体类型，作为一种实施示例，太赫兹发射源2和太赫兹探测器3均可以采用光纤耦合式的太赫兹光电导天线。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。
Claims (4)
1.一种衰减全反射式太赫兹光谱测量探头，其特征在于：包括探头实体（1）、太赫兹发射源（2）和太赫兹探测器（3），所述的探头实体（1）由上椭圆面（11）、下椭圆面（14）、位于后侧的圆形平面（15）以及位于前方的上锥面（12）和下锥面（13）组成，所述的上锥面（12）和下锥面（13）的夹角为90°，所述的上锥面（12）上设置有上椭圆面左焦点（4），所述的太赫兹发射源（2）设置在上椭圆面左焦点（4）上，所述的下锥面（13）上设置有下椭圆面左焦点（5），所述的太赫兹探测器（3）设置在下椭圆面左焦点（5）上，所述的圆形平面（15）的圆心上设置有上下椭圆面右焦点（6），所述的圆形平面（15）上位于上下椭圆面右焦点（6）处设置有中央测量窗口。
2.根据权利要求1所述的一种衰减全反射式太赫兹光谱测量探头，其特征在于，所述的探头实体（1）的外表面除中央测量窗口以及安装太赫兹发射源（2）和太赫兹探测器（3）的位置外均设置有金属膜。
3.根据权利要求2所述的一种衰减全反射式太赫兹光谱测量探头，其特征在于，所述的探头实体（1）采用高阻硅件。
4.根据权利要求3所述的一种衰减全反射式太赫兹光谱测量探头，其特征在于，所述的太赫兹发射源（2）和太赫兹探测器（3）均采用光纤耦合式的太赫兹光电导天线。
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