CN109708761A

CN109708761A - 一种紧凑微型太赫兹检测系统

Info

Publication number: CN109708761A
Application number: CN201910023599.3A
Authority: CN
Inventors: 孟阔; 祝连庆
Original assignee: Beijing Information Science and Technology University
Current assignee: Beijing Information Science and Technology University
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2019-05-03

Abstract

本发明公开了一种紧凑微型太赫兹检测系统，包括总控制器，多个可调谐激光器，发射极，探测极，所述总控制器，用于控制多个可调谐激光器，实现控制切换不同激光器两两输出，可以实现宽频太赫兹连续波实时扫描输出，从而获得更省时更稳定的频谱和成像输出。

Description

一种紧凑微型太赫兹检测系统

技术领域

本发明设计太赫兹光谱和成像系统的检测技术领域，具体涉及一种可实现扫频太赫兹频域光谱和成像的紧凑微型系统。

背景技术

太赫兹技术在最近几十年来得到快速发展，并在医学、生物、农业、材料、安检、通信、天文等领域得到广泛应用。从太赫兹源的频谱特性可以分为窄带太赫兹源和宽带太赫兹源。从频谱技术方面来说，相干的宽带和窄带太赫兹谱是一种互补性关系，具有各自的技术特点和应用范围。宽带太赫兹谱可以用于快速获取较宽频谱范围的分子振转谱，实现混合特征谱的快速检测或成像。窄带太赫兹源具有很好的光谱灵敏度和分辨率，适用于太赫兹泵浦探测、分子振转能级谱精细结构分辨以及太赫兹远程探测和成像。因此研制具有可调谐的高峰值功率的窄带太赫兹源是适用于探测和识别分子振转能级指纹谱的应用需求，而差频技术是获得高功率和宽调谐窄带太赫兹源最重要的技术之一。

差频方法产生的THz的主要优点在于：实验装置简单、结构紧凑、没有阈值效应、高功率、宽调谐、窄线宽。除此之外，在所有光学方法中，差频方法是惟一的可以在一定条件下所产生的THz功率可以随着抽运激光的功率和非线性晶体长度的增加而增加。因此，差频方法成为最有可能接近量子转换效率极限的方法。并且，现阶段已经研究出常温下基于差频运行的连续运转的太赫兹激光系统，更便于实际应用。

现有的商用太赫兹系统中，基于近红外连续波源差频产生太赫兹波谱范围比较窄，这主要归因于可连续调节的近红外光源波长比较窄。如果需要同时获得更宽的太赫兹波谱(0.1～10THz)，整个太赫兹系统需要更多波长的近红外连续波源。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种可快速扫频的太赫兹连续波光谱和成像系统，可以实现宽频太赫兹连续波实时扫描输出，从而获得更省时更稳定的频谱和成像输出。

本发明的技术方案：一种紧凑微型太赫兹检测系统，包括总控制器，多个可调谐激光器，发射极，探测极，

所述总控制器，用于控制多个可调谐激光器，实现控制切换不同激光器两两输出；

所述多个可调谐激光器经过尾纤输出后分别经过合束器聚集；

分束器把泵浦激光分出功率相当的两束激光，分别作为太赫兹激光发射极的泵源和探测极的偏置激光探针；

所述发射极在偏置电压调制下，实现1.5微米波长混频太赫兹激光输出；

所述探测极是通过混频激光调制探测半导体模块的导电性，获得太赫兹激光与半导体模块作用的电压，从而分析得到太赫兹激光振幅大小。

优选的，所述总控制器能够自主切换激光器，实现光谱范围0.2～2.7太赫兹连续波的扫频。

优选的，所述多个可调谐激光器包括3个，包括第一可调谐激光器,第二可调谐激光器,第三可调谐激光器，所述第一可调谐激光器,第二可调谐激光器,第三可调谐激光器的频率范围分布为195337～194597GH，195933～195174GHz，193725～192971GHz，实现高分辨率激光输出。

优选的，第一可调谐激光器和第二可调谐激光器混频可实现0.2～1.3太赫兹激光输出；第一可调谐激光器和第三可调谐激光器经过混频可实现1.0～2.2太赫兹激光输出；第二可调谐激光器和第三可调谐激光器经过混频可实现1.6～2.7太赫兹激光输出。

本发明的有益效果：本发明公开了一种紧凑微型太赫兹检测系统，是一种快速扫频太赫兹连续波光谱和成像系统，可以实现宽频太赫兹连续波实时扫描输出，从而获得更省时更稳定的频谱和成像输出。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1所示为本发明一种可快速扫频的太赫兹连续波4-f光谱系统示意图；

图2所示为本发明一种可快速扫频的太赫兹连续波8-f光谱和成像系统示意图；

图3示意性示出本发明的太赫兹扫描系统产生的光电流包络信号图。

附图标记说明：1-总控制器；2-可调谐激光器；3-可调谐激光器；4-可调谐激光器；5-合束器；6-合束器；7-分束器；8-发射极；9-接收极；10-反射镜；11-反射镜；12-反射镜；13-反射镜；14-测量区域。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

本发明提供了一种便捷的可扫频的太赫兹连续波光谱和成像系统，

所述系统包括一个总控制器1，用于控制多个可调谐激光器，实现控制切换不同激光器两两输出。

本实施例中采用3个可调谐激光器，其中包括可调谐激光器2,可调谐激光器3,可调谐激光器4，所述可调谐激光器2,3,4的频率范围分布为195337～194597GHz，195933～195174GHz，

193725～192971GHz，可实现高分辨率激光输出。

可调谐激光器2和可调谐激光器3混频可实现0.2～1.3太赫兹激光输出；可调谐激光器2和可调谐激光器4经过混频可实现1.0～2.2太赫兹激光输出；可调谐激光器3和可调谐激光器4经过混频可实现1.6～2.7太赫兹激光输出。

作为太赫兹激光的泵源激光器2,3,4激光经过尾纤输出后分别经过合束器5和合束器6聚集。

所述分束器7可把泵浦激光分出功率相当的两束激光，分别作为太赫兹激光发射极的泵源和探测极的偏置激光探针。

总控制器1可自主切换激光器，实现光谱范围0.2～2.7太赫兹连续波的扫频。

发射极8在偏置电压调制下，实现1.5微米波长混频太赫兹激光输出。

探测极9是通过混频激光调制探测半导体模块的导电性，获得太赫兹激光与半导体模块作用的电压，从而分析得到太赫兹激光振幅大小。

实施例

本发明的太赫兹探测系统除了太赫兹传输光路是空间光路外，其他泵源及探测部分全实现光纤电缆化，如图1和图2所示。

本发明的发射极产生的连续太赫兹波是采用了波长相近的近红外光差频所得，其光谱分辨率由近红外激光波长调制分辨率决定。

本发明的发射极是半导体混频器件，在偏置电压作用下，可实现室温下太赫兹激光输出。

本发明的发射极其泵浦激光功率受制于半导体模块承受的功率限制，采用最大功率不超过100mW近红外激光输入。

本发明扫描的是太赫兹与半导体作用产生的光电流强弱信号，通过另外一路近红外混频信号注入，从而改变探测器半导体的导电性，调制光电流强弱，从而获得包含强度和相位的包络信号，如图3所示。

通过编程控制器实现对混频激光波段的筛选，从而实现太赫兹连续扫频输出，光谱范围0-3太赫兹。

近红外混频激光源输出激光，通过总控制器加载电流，实现高分辨率频率调制。

根据图1所示，太赫兹发射和接收区域是通过两个镜组实现4-f系统，检测装置放置在准直区域14，用于气态物质或衍射成像等检测。

根据图2所示，太赫兹发射和接收区域是通过四个镜组实现8-f系统，检测装置放置在准直区域14，用于气态物质或衍射成像等检测。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims

1.一种紧凑微型太赫兹检测系统，包括总控制器，多个可调谐激光器，发射极，探测极，

2.根据权利要求1所述的太赫兹检测系统，其特征在于，所述总控制器能够自主切换激光器，实现光谱范围0.2～2.7太赫兹连续波的扫频。

3.根据权利要求1所述的太赫兹检测系统，其特征在于，所述多个可调谐激光器包括3个，包括第一可调谐激光器,第二可调谐激光器,第三可调谐激光器，所述第一可调谐激光器,第二可调谐激光器,第三可调谐激光器的频率范围分布为195337～194597GH，195933～195174GHz，193725～192971GHz，实现高分辨率激光输出。

4.根据权利要求3所述的太赫兹检测系统，其特征在于，第一可调谐激光器和第二可调谐激光器混频可实现0.2～1.3太赫兹激光输出；第一可调谐激光器和第三可调谐激光器经过混频可实现1.0～2.2太赫兹激光输出；第二可调谐激光器和第三可调谐激光器经过混频可实现1.6～2.7太赫兹激光输出。