CN107748145A - 高能量太赫兹光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太赫兹光谱仪，包括：太赫兹波产生装置、第一会聚装置、太赫兹带通滤波片和太赫兹能量探测器；所述太赫兹波产生装置用于产生预设能量级的太赫兹波，所述太赫兹带通滤波片、第一会聚装置和太赫兹能量探测器均设置在所述太赫兹波的传输路径上，所述太赫兹波经所述第一会聚装置会聚至太赫兹能量探测器；所述太赫兹带通滤波片设置在所述太赫兹波产生装置与所述第一会聚装置之间或者设置在所述第一会聚装置与所述太赫兹能量探测器之间，所述太赫兹带通滤波片用于获取预设波段的太赫兹波。可以实现对待测样品高速的光谱检测，而且结构简单，易于实现，可广泛应用于光谱检测领域。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，更具体地，涉及高能量太赫兹光谱仪。
背景技术
太赫兹电磁辐射位于电磁波谱上微波与红外光之间的一个特殊频段。该频段太赫兹辐射的一个典型应用价值在于它的光谱。因为许多材料的振动和转动能级，以及分子间的氢键等弱相互作用的能级均在该频段，因此，太赫兹光谱能够给出材料的“指纹光谱”，可用于物质的鉴别。
现有的太赫兹光谱系统主要分为太赫兹时域光谱系统和太赫兹频域光谱系统。太赫兹时域光谱系统主要是基于飞秒激光器作用在非线性晶体或光电导天线产生太赫兹脉冲，利用非线性晶体的线性电光效应或光电导天线的超快光电流对产生的太赫兹脉冲进行探测。基于电光取样的太赫兹时域光谱系统一般需要采用机械的步进电机来实现扫描，从而获得经待测样品后太赫兹脉冲的频谱信息和相位信息。步进电机的扫描速度受限于步进电机的运行速度，获得一个太赫兹脉冲处待测样品的光谱一般需要在秒量级的时间范围，扫描速度低，获得待测样品的光谱时间长，无法很好的应用于实际的检测。同时，由飞秒激光器发出的光束，通过分束镜分为两束，一束是用于产生太赫兹辐射的激发光，一束是用于探测太赫兹辐射的探测光。检测光通过光学延迟线与太赫兹脉冲同时聚焦在探测晶体或探测天线上，只有当探测光和太赫兹脉冲时间同步和空间重合的时候，才能在探测晶体或探测天线上检测到太赫兹脉冲，这将给太赫兹脉冲的检测增加了难度。
太赫兹频谱光谱系统主要是基于两个连续波的激光器通过拍频在天线里产生某一波长处的太赫兹脉冲，基于迈克尔逊干涉仪的干涉原理，实现相干检测，再基于激光器温度变化来实现变频，从而获得待测样品的光谱特征。这样的太赫兹频谱光谱系统测量所得到待测样品的光谱信息也在秒量级到分钟量级的时间范围之内，扫描速度低，获得待测样品的光谱时间长，无法很好的应用于实际的检测。
基于异步扫描的太赫兹光谱系统，采用从飞秒激光器发出的两个具有一定重复频率差的脉冲序列，一个脉冲序列用于激发太赫兹脉冲的激发光，另一个脉冲序列用于探测太赫兹辐射的探测光，从某一时刻重合开始，后续两个脉冲序列中的每个脉冲都有相对时间位移，并不断增大。经过若干个脉冲后，两个脉冲再次重合。相当于探测光扫描整个太赫兹脉冲间隔。但这样的系统需要将两个飞秒激光器进行电路锁定，对技术的成熟度和技术要求都非常之高，难于实现，且造价昂贵，体积庞大，难于达到应用的程度。同时，异步扫描锁定且太赫兹脉冲的宽度一般在1ps左右，这对激光器自身的抖动提出了更高的要求。
目前的太赫兹频域光谱系统，会受到太赫兹辐射源能量较低的限制，由于太赫兹辐射源发射的能量较低，太赫兹频谱系统多是基于相干检测的方式，才能获得待测样品的光谱信息。同时，由于太赫兹脉冲能量小，需要太赫兹脉冲的空间传输和对准精度高，这将给太赫兹光谱系统的应用增加难度。
发明内容
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种太赫兹光谱仪。
本发明提供了一种太赫兹光谱仪，包括：太赫兹波产生装置、第一会聚装置、太赫兹带通滤波片和太赫兹能量探测器；
所述太赫兹波产生装置用于产生预设能量级的太赫兹波，所述太赫兹带通滤波片、所述第一会聚装置和所述太赫兹能量探测器均设置在所述太赫兹波的传输路径上，所述太赫兹波经所述第一会聚装置会聚至所述太赫兹能量探测器；
所述太赫兹带通滤波片设置在所述太赫兹波产生装置与所述第一会聚装置之间或者设置在所述第一会聚装置与所述太赫兹能量探测器之间，所述太赫兹带通滤波片用于获取预设波段的太赫兹波。
优选地，所述光谱仪还包括第一准直装置；
所述第一准直装置设置在所述太赫兹波的传输路径上，且设置在所述太赫兹波产生装置与所述第一会聚装置之间，所述第一准直装置将所述太赫兹波进行准直，经准直后的太赫兹波再经过所述第一会聚装置会聚至所述太赫兹能量探测器上。
优选地，所述光谱仪中包括多个太赫兹带通滤波片，所述多个太赫兹带通滤波片均设置在固定板上；
所述固定板上设置有与所述太赫兹带通滤波片数量相同的通孔，每一通孔用于固定一太赫兹带通滤波片；
所述固定板垂直设置在所述太赫兹波的传输路径上。
优选地，所述光谱仪还包括：旋转电机，所述固定板与所述旋转电机连接。
优选地，所述光谱仪还包括：第二准直装置和第二会聚装置；
所述太赫兹波经所述第一会聚装置会聚至所述第二准直装置的一个焦点上，并经所述第二准直装置准直后入射至所述第二会聚装置上，经所述第二会聚装置会聚至所述太赫兹能量探测器上。
优选地，所述第一准直装置、第一会聚装置、第二准直装置和第二会聚装置均为透镜；
或所述第一准直装置、第一会聚装置、第二准直装置和第二会聚装置均为离轴抛物面镜。
优选地，所述光谱仪还包括：示波器；
所述示波器与所述太赫兹能量探测器相连。
优选地，所述太赫兹波产生装置包括：光栅、半波片、成像单元和铌酸锂晶体；
利用泵浦飞秒激光照射所述光栅，并通过所述光栅衍射至所述半波片上，经过所述半波片改变所述泵浦飞秒激光的偏振方向后，再通过所述成像单元后入射至所述铌酸锂晶体上。
优选地，所述泵浦飞秒激光由全固态飞秒激光器或光纤飞秒激光器产生。
优选地，所述全固态飞秒激光器或光纤飞秒激光器的重复频率在数值上不小于所述旋转电机的转动速度。
本发明提供的太赫兹光谱仪，通过结合太赫兹波产生装置、第一会聚装置、太赫兹带通滤波片以及太赫兹能量探测器，可以实现对待测样品高速的光谱检测，而且结构简单，易于实现，可广泛应用于光谱检测领域。
附图说明
图1为本发明一实施例中提供的一种太赫兹光谱仪的结构示意图；
图2为本发明一实施例中提供的一种太赫兹光谱仪的结构示意图；
图3为本发明一实施例中提供的一种太赫兹光谱仪的结构示意图；
图4为本发明一实施例中提供的一种太赫兹光谱仪的结构示意图；
图5为本发明一实施例中提供的一种太赫兹光谱仪的结构示意图；
图6为本发明一实施例中提供的一种太赫兹光谱仪中固定板的结构示意图；
图7为本发明一实施例中提供的一种太赫兹光谱仪的结构示意图；
图8为本发明一实施例中提供的一种太赫兹光谱仪中太赫兹波产生装置的结构示意图；
图9为本发明一实施例中提供的一种太赫兹光谱仪中太赫兹波产生装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1和图2所示，本发明一实施例中提供了一种太赫兹光谱仪，包括：太赫兹波产生装置11、第一会聚装置12、太赫兹带通滤波片13和太赫兹能量探测器14；
所述太赫兹波产生装置11用于产生预设能量级的太赫兹波，所述太赫兹带通滤波片13、第一会聚装置12和太赫兹能量探测器14均设置在所述太赫兹波的传输路径上，所述太赫兹波经所述第一会聚装置12会聚至太赫兹能量探测器14；
所述太赫兹带通滤波片13设置在所述太赫兹波产生装置11与所述第一会聚装置12之间或者设置在所述第一会聚装置12与所述太赫兹能量探测器14之间，所述太赫兹带通滤波片13用于获取预设波段的太赫兹波。
具体地，考虑到太赫兹能量探测器14的精度及探测的能量范围，本发明中为了保证太赫兹波产生装置11产生的太赫兹波能够被太赫兹能量探测器14探测得到，需要使用能够产生预设能量级的太赫兹波的太赫兹波产生装置11。这里，预设能量级至少为纳焦量级，可以达到微焦量级。太赫兹波的能量必须要达到纳焦量级甚至微焦量级，才能保证太赫兹能量探测器能够探测到太赫兹波的单脉冲能量，保证该光谱仪正常运行。太赫兹波产生装置11产生的太赫兹波是由大量的太赫兹脉冲组成，每一个太赫兹脉冲中均包含有广泛的频率范围，可涵盖太赫兹全频段。太赫兹波具有高能量、高速度的性质，这将会提升整个光谱仪的探测速度。预设能量级的太赫兹波是指太赫兹波中的太赫兹单脉冲能量为预设能量级。
图1和图2中的箭头方向表示太赫兹波的传播方向。需要说明的是，图中仅表示在传输路径上各装置之间的相对位置关系，并不表示各装置的实际位置。
本发明中，高能太赫兹光谱仪中可以设置一个太赫兹带通滤波片，或者在太赫兹波传输路径的同一位置上设置多个太赫兹带通滤波片，这些太赫兹带通滤波片构成一个垂直于传输路径的太赫兹带通滤波片阵列。需要说明的是，由于太赫兹带通滤波片只能允许一定波长范围的太赫兹波通过，即只能允许预设波段的太赫兹波通过，会使得最终得到的光谱图不能涵盖整个太赫兹波段，所以如果设置一个太赫兹带通滤波片时，需要手动更换不同的太赫兹带通滤波片，以得到整个太赫兹波段的光谱图。如果设置一个太赫兹带通滤波片阵列，则分两种不同的情况可以实现，一种是当太赫兹波在太赫兹带通滤波片阵列上形成的光斑可以覆盖整个太赫兹带通滤波片阵列时，需要保证太赫兹能量探测器14的感光面面积足够大，至少是太赫兹波在太赫兹能量探测器14上形成的光斑的大小，此时可以直接得到整个太赫兹波段的光谱图。还有一种是太赫兹波在太赫兹带通滤波片阵列上形成的光斑较小，不足以覆盖整个太赫兹带通滤波片阵列时，此时可以先利用太赫兹带通滤波片阵列中的一个太赫兹带通滤波片对太赫兹波的波长范围进行选取，然后利用旋转电机带动整个太赫兹带通滤波片阵列旋转，在旋转电机带动太赫兹带通滤波片阵列转动一圈时，即可得到整个太赫兹波段的光谱图。
本实施例中预设波段的范围是由每个太赫兹带通滤波片的固有属性决定，可根据需要选择适当预设波段对应的太赫兹带通滤波片，本发明中不做具体说明。
太赫兹能量探测器是一种探测太赫兹脉冲的能量的装置，主要是将光信号转化为电信号，经由太赫兹能量探测器得到的数据为电压值，每一个太赫兹脉冲均对应着一个电压值。再根据太赫兹能量探测器的校准曲线得到每个太赫兹脉冲在不同波长处的能量值。这里需要说明的是，每一太赫兹能量探测器均具有校准曲线，每一电压值对应一个校准曲线，校准曲线的横坐标为波长(单位为nm)，纵坐标为能量值(单位为微焦uJ或纳焦nJ)。
本实施例中采用的太赫兹能量探测器具有高灵敏度，可快速进行探测，可以得到高信噪比、快速的太赫兹光谱。
这里的第一会聚装置12可根据需要进行选取，可选择透镜或者离轴抛物面镜。这里需要说明的是，太赫兹波产生装置11产生的太赫兹波是发散光束，要使得太赫兹波经第一会聚装置12后会聚在太赫兹能量探测器上，需要将太赫兹波产生装置11上的太赫兹波出射窗口设置在第一会聚装置的一倍焦距以外。此时，如果需要利用该高能量太赫兹光谱仪进行探测时，将待测样品放置在太赫兹波的传输路径中靠近太赫兹能量探测器的位置。本发明中，使用的离轴抛物面镜具有大孔径、短焦距的特点。具体地，可选择孔径尺寸为3英寸、焦距为2英寸的离轴抛物面镜。
本实施例中，通过结合太赫兹波产生装置、第一会聚装置、太赫兹带通滤波片以及太赫兹能量探测器，可以实现对待测样品高速的光谱检测，而且结构简单，易于实现，可广泛应用于光谱检测领域。
在上述实施例的基础上，高能量太赫兹光谱仪中还包括第一准直装置；
所述第一准直装置设置在所述太赫兹波的传输路径上，且设置在所述太赫兹波产生装置与所述第一会聚装置之间，所述第一准直装置将所述太赫兹波进行准直，经准直后的太赫兹波再经过所述第一会聚装置会聚至所述太赫兹能量探测器上。
具体地，如图3所示，第一准直装置21设置在所述太赫兹波产生装置11与所述第一会聚装置12之间，还可如图4所示，将第一准直装置21设置在所述太赫兹波产生装置11与太赫兹带通滤波片13之间，也可如图5所示，将第一准直装置21设置在太赫兹带通滤波片13与第一会聚装置12之间。需要说明的是，第一准直装置21、第一会聚装置12和太赫兹带通滤波片13均设置在太赫兹波的传输路径上。图3、图4和图5中的箭头方向表示太赫兹波的传播方向。图中各装置在传输路径上的相对位置关系，并不表示各装置的实际位置。
第一准直装置21将所述太赫兹波进行准直，经准直后的太赫兹波再经过所述第一会聚装置12会聚至所述太赫兹能量探测器14上。这里，为了实现准直和会聚，需要将太赫兹波产生装置11上的太赫兹波出射窗口设置在第一准直装置21的一个焦点上，使经过第一准直装置21的太赫兹波由发散光束变成平行光束。平行光束再经第一会聚装置12会聚至太赫兹能量探测器14上。在这一过程中，太赫兹带通滤波片13的位置并不会影响到第一准直装置21或第一会聚装置12对光束的调整。
本实施例中，为实现高速的光谱检测光谱仪提供了不同的结构，而且由于加入了第一准直装置，可大大缩短整个光路的长度，进而减小了光谱仪的尺寸。
在上述实施例的基础上，所述光谱仪中包括多个太赫兹带通滤波片，所述多个太赫兹带通滤波片均设置在固定板上；
所述固定板上设置有与所述太赫兹带通滤波片数量相同的通孔，每一通孔用于固定一太赫兹带通滤波片；
所述固定板垂直设置在所述太赫兹波的传输路径上。
具体地，本实施例可适用于太赫兹波在太赫兹带通滤波片阵列上形成的光斑较大且可以同时覆盖多个太赫兹带通滤波片时的情况，此时多个太赫兹带通滤波片均匀设置在固定板上。作为优选方案，可将固定板设置为圆形，具体结构可以如图6所示，但并不限于此。圆形固定板上沿圆周方向设置有与所述太赫兹带通滤波片数量相同的通孔，每一通孔用于固定一太赫兹带通滤波片。每一通孔均沿圆形固定板的半径方向设置，每两个相邻通孔与所述圆形固定板圆心连线之间的夹角相等，即实现太赫兹带通滤波片均匀分布在固定板上。
太赫兹带通滤波片的数量可根据需要以及每一太赫兹带通滤波片允许通过的波段进行适当选取。
作为优选方案，本发明中的太赫兹带通滤波片选用太赫兹窄带滤波片，太赫兹窄带滤波片的带宽在GHz量级甚至更小的量级，使得得到的光谱仪的光谱分辨率同样在GHz量级甚至更小的量级。
在上述实施例的基础上，所述光谱仪中还包括：旋转电机，所述固定板与所述旋转电机连接。
具体地，本实施例可适用于太赫兹波在太赫兹带通滤波片阵列上形成的光斑较小且不能同时覆盖多个太赫兹带通滤波片时的情况，此时多个太赫兹带通滤波片均匀设置在固定板上。作为优选方案，可将固定板设置为圆形，固定方式也可以如图6所示。不同的是，在具体应用中，太赫兹波产生装置11产生的太赫兹波会射在固定板上的一个太赫兹带通滤波片上，由旋转电机带动固定板进行高速旋转，固定板带动其上的太赫兹带通滤波片高速旋转，进而实现太赫兹波的快速探测。本实施例中采用的旋转电机为高速电机，转速可达10000转/秒，即旋转电机每10-4秒转动一周。
本发明中，光谱仪中产生太赫兹光谱的速度取决于旋转电机的转速，转速越大，产生太赫兹光谱的速度越快。
在上述实施例的基础上，所述光谱仪还包括：第二准直装置和第二会聚装置；
所述太赫兹波经所述第一会聚装置会聚至所述第二准直装置的一个焦点上，并经所述第二准直装置准直后入射至所述第二会聚装置上，经所述第二会聚装置会聚至所述太赫兹能量探测器上。
具体地，在具体探测待测样品时，可将待测样品设置在第一会聚装置的像方焦点处，即位于第一会聚装置与第二准直装置之间的第一会聚装置的焦点处或焦点附近。
由于透镜具有准直光线的功能和会聚光线的功能，可将所述第一准直装置、第一会聚装置、第二准直装置和第二会聚装置均设置为透镜；还可以将所述第一准直装置、第一会聚装置、第二准直装置和第二会聚装置均设置为离轴抛物面镜。
这里需要说明的是，透镜的准直和会聚均需要太赫兹波透过透镜，属于透射式，离轴抛物面镜的准直和会聚则是反射式的。本实施例中还可以利用透镜与离轴抛物面镜混合使用。
在上述实施例的基础上，所述光谱仪还可以包括：多个准直装置和多个会聚装置，多个准直装置和多个会聚装置可设置在第二会聚装置后，多次对太赫兹波进行准直和会聚，进一步缩小光谱仪的尺寸。
如图7所示，第一准直装置21、第一会聚装置12、第二准直装置71和第二会聚装置72均为离轴抛物面镜。本实施例中，使用的离轴抛物面镜具有大孔径、短焦距的特点。具体地，可选择孔径尺寸为3英寸、焦距为2英寸的离轴抛物面镜。
在上述实施例的基础上，本发明提供的光谱仪中还包括：示波器；所述示波器与所述太赫兹能量探测器相连。
具体地，由于太赫兹能量探测器得到的是电压值，当太赫兹能量探测器与示波器相连接时，可以更加直观的从示波器的显示屏上读出电压值，进而可以根据电压值和太赫兹能量探测器的校正曲线，得到每一单脉冲对应的光谱图。图中待测样品15设置在第一会聚装置12的物方焦点上或物方焦点附近。
在上述实施例的基础上，太赫兹波产生装置11具体的结构可以如图8所示。图8中，所述太赫兹波产生装置11包括：光栅81、半波片82、成像单元83和铌酸锂晶体84；
利用泵浦飞秒激光照射光栅81，并通过光栅81衍射至半波片82上，经过半波片82改变泵浦飞秒激光的偏振方向后，再通过成像单元83后入射至铌酸锂晶体84上。成像单元83为凸透镜。
具体地，本发明中利用光栅81实现倾斜波前，基于波前倾斜技术产生太赫兹脉冲，并经光栅衍射后的太赫兹脉冲通过成像透镜，成像到铌酸锂晶体中，经过铌酸锂晶体进行光学整流，得到高能量、高速的太赫兹波。本实施例中的半波片82用于改变泵浦飞秒激光的偏振方向，使之与铌酸锂晶体匹配，最终可获得高能量的太赫兹波。
在上述实施例的基础上，本发明提供的太赫兹波产生装置中还包括飞秒激光器，用于产生泵浦飞秒激光。
具体地，飞秒激光器可包括全固态飞秒激光器或光纤飞秒激光器。由于在太赫兹波产生装置中设置了飞秒激光器，可以持续的产生高能量、高速的太赫兹波。若要使太赫兹波产生装置11产生的太赫兹波的能量达到微焦量级，则需要飞秒激光器产生的单脉冲的能量达到毫焦量级。
如图9所示，飞秒激光器产生的太赫兹波经第一反射镜91、第二反射镜92和第三反射镜93入射至光栅上，并经半波片和凸透镜最后打到铌酸锂晶体上，激发太赫兹脉冲波。这里第一反射镜91、第二反射镜92和第三反射镜93起到缩短光路的作用。
在上述实施例的基础上，所述全固态飞秒激光器或光纤飞秒激光器的重复频率在数值上不小于所述旋转电机的转动速度。
具体地，重复频率是指单位时间内输出太赫兹脉冲的数量，单位为赫兹(Hz)。例如，一秒钟内出现的脉冲个数为50000个，则重复频率为50KHz。重复频率在数值上不小于所述旋转电机的转动速度，即单位时间内输出的太赫兹脉冲的数量要大于或等于旋转电机在单位时间内转动的圈数，保证旋转电机上的每一个太赫兹带通滤波片均起到选择预设波段的太赫兹波的作用，避免光谱图缺失。
综上所述，本发明提供的高能量太赫兹光谱仪具有如下优点：1)测量方式简单：本发明仅需要一个能够产生预设能量级的太赫兹波的太赫兹波产生装置、太赫兹带通滤波片和太赫兹能量探测器即可实现对待测样品进行太赫兹光谱测量。2)应用难度降低：基于倾斜波前技术产生的预设能量级的太赫兹波，可直接通过太赫兹能量探测器来引导光路搭建工作，而不需要额外的可见光或红外光作为参考，大大降低了应用的难度。3)原理简单：通过太赫兹带通滤波片来对太赫兹波进行选频，并通过高灵敏度的太赫兹能量探测器即可得到每一波长处的太赫兹波能量，通过同时设置多个太赫兹带通滤波片或手动更换滤波片的方式，即可得到太赫兹光谱图，原理直观而简单。
最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种太赫兹光谱仪，其特征在于，包括：太赫兹波产生装置、第一会聚装置、太赫兹带通滤波片和太赫兹能量探测器；
所述太赫兹波产生装置用于产生预设能量级的太赫兹波，所述太赫兹带通滤波片、所述第一会聚装置和所述太赫兹能量探测器均设置在所述太赫兹波的传输路径上，所述太赫兹波经所述第一会聚装置会聚至所述太赫兹能量探测器；
所述太赫兹带通滤波片设置在所述太赫兹波产生装置与所述第一会聚装置之间或者设置在所述第一会聚装置与所述太赫兹能量探测器之间，所述太赫兹带通滤波片用于获取预设波段的太赫兹波。
2.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，还包括第一准直装置；
所述第一准直装置设置在所述太赫兹波的传输路径上，且设置在所述太赫兹波产生装置与所述第一会聚装置之间，所述第一准直装置将所述太赫兹波进行准直，经准直后的太赫兹波再经过所述第一会聚装置会聚至所述太赫兹能量探测器上。
3.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，所述光谱仪中包括多个太赫兹带通滤波片，所述多个太赫兹带通滤波片均设置在固定板上；
所述固定板上设置有与所述太赫兹带通滤波片数量相同的通孔，每一通孔用于固定一太赫兹带通滤波片；
所述固定板垂直设置在所述太赫兹波的传输路径上。
4.根据权利要求3所述的光谱仪，其特征在于，还包括：旋转电机，所述固定板与所述旋转电机连接。
5.根据权利要求1所述的光谱仪，其特征在于，还包括：第二准直装置和第二会聚装置；
所述太赫兹波经所述第一会聚装置会聚至所述第二准直装置的一个焦点上，并经所述第二准直装置准直后入射至所述第二会聚装置上，经所述第二会聚装置会聚至所述太赫兹能量探测器上。
6.根据权利要求5所述的光谱仪，其特征在于，所述第一准直装置、第一会聚装置、第二准直装置和第二会聚装置均为透镜；
或所述第一准直装置、第一会聚装置、第二准直装置和第二会聚装置均为离轴抛物面镜。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的光谱仪，其特征在于，还包括：示波器；
所述示波器与所述太赫兹能量探测器相连。
8.根据权利要求4所述的光谱仪，其特征在于，所述太赫兹波产生装置包括：光栅、半波片、成像单元和铌酸锂晶体；
利用泵浦飞秒激光照射所述光栅，并通过所述光栅衍射至所述半波片上，经过所述半波片改变所述泵浦飞秒激光的偏振方向后，再通过所述成像单元后入射至所述铌酸锂晶体上。
9.根据权利要求8所述的光谱仪，其特征在于，所述泵浦飞秒激光由全固态飞秒激光器或光纤飞秒激光器产生。
10.根据权利要求8所述的光谱仪，其特征在于，所述全固态飞秒激光器或光纤飞秒激光器的重复频率在数值上不小于所述旋转电机的转动速度。
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