CN110687070A - 一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法,包括以下步骤:步骤1:在光纤的端面上制备有镀层;步骤2:激光照射在光纤端面的镀层上时,由反自旋霍尔效应,产生赫兹光及中红外光谱,与样品相互作用后,并从样品处呈透射或反射状态;步骤3:呈透射和反射的赫兹光及中红外光谱在各自对应的光信号探测器进行接收;步骤4:光信号探测器将其信息传输至信号采集装置,并进行相应的分析处理。本发明可实现微米级的太赫兹及远红外的近场探测,提高了探测精确性;并同时可用于远场太赫兹发射。
Description
技术领域
本发明涉一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法。
背景技术
太赫兹是指频率从0.1太赫兹到10太赫兹范围的电磁波谱,得益于近及时年来的一系列突破,太赫兹领域取得了长足的发展。在太赫兹成像领域,许多爆炸物和药物化学品成分具备太赫兹波段的“指纹”吸收谱,而太赫兹波能够有效穿透塑料、纤维和纸板等不透明纸质,因此太赫兹是一种能够对潜藏爆炸物和药物进行检测的理想技术。另一方面,太赫兹发射器/探测器是太赫兹系统中的核心部件,除了标准太赫兹发射/探测技术(电光晶体、光电导天线),国内外研究者仍致力于探索新的太赫兹发射/探测技术。同时,太赫兹发射光谱亦是研究材料/器件的超快动力学领域的重要技术手段。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法,包括以下步骤:
步骤1:在光纤的端面上制备有镀层;
步骤2:激光照射在光纤端面的镀层上时,由反自旋霍尔效应,产生反射赫兹光及中红外光谱,与样品相互作用后,并从样品处呈透射或反射状态;
步骤3:呈透射和反射的赫兹光及中红外光谱在各自对应的光信号探测器进行接收;
步骤4:光信号探测器将其信息传输至信号采集装置,并进行相应的探测器分析处理。
2、根据权利要求1所述的一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法,其特征在于:所述镀层的厚度为1nm至30nm。
优选地,所述镀层包括保护层、铁磁层和非铁磁层,所述保护层为最外层,而铁磁层和非铁磁层为内层,且两者可互调位置设置,所述保护层的厚度在1~20nm,所述铁磁层的厚度为1~20nm,所述非铁磁层的厚度为1~20nm。
优选地,所述铁磁层为Fe、Co、Ni及其与其他金属/非金属的化合物。
优选地,所述非铁磁层包含Pt、Ru、Cu、Ta、TaN、Ti、Ir、Mn、Cr、W的单一材料或者他们之间的结构组合或者合金。优选地,所述步骤2中光纤的工作方式可分为非接触式的无振动调制和振动调制。
优选地,所述样品安装于XYZ轴调整台上,并与信号采集装置相连接。
优选地,所述光纤可安装在XYZ轴调整架上,并与信号采集装置相连接。
所述步骤4中信号读取的调整步骤:
1)直接读取探测器信号,与XYZ轴调整台或XYZ轴调整架位置匹配;
2)调制入射激光频率,以此频率为参照,对太赫兹探测器信号做相位调制测量;
3)调制光纤震动频率,以此频率为参照,对太赫兹探测器信号做相位调制测量;
4)同时调制入射激光频率和光纤震动频率,以此频率为参照,对太赫兹探测器信号做相位调制测量。
优选地,所述入射激光频率和光纤震动频率为在数据采集时,对相位敏感的测量,而信号需要被调制时的频率。
借由上述方案,本发明至少具有以下优点:
1、本发明可实现超高分辨率,为微米级。
2、本发明可兼容近场与远场模式。
3、本发明对比传统的太赫兹/中红外光耦合技术,在光纤末端产生太赫兹/中红外光谱,对材料的本征物理性质有更好的描述。
4、本发明可产生超宽谱的光学信号。
5、本发明使用简单,无需探针等易损部件。
6、本发明可兼容低温等运行环境。
7、本发明磁性材料的厚度仅为几个纳米,也可匹配强磁场测量环境。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明的结构示意图。
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。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示,激光(短脉冲)1通过光纤2摄入,而光纤2的端面上涂覆有镀层3,光纤2位于XYZ调整台5上的样品4的上方,且光纤2端面上的镀层3与样品4之间设有间隙,在激光1通过光纤2传输射入镀层3后,在对样品4工作时,会穿透样品4和XYZ调整台5的太赫磁波A,由第一光信号探测器6接收,被发射的太赫磁波B,则由第二光信号探测器8接收,同时还有同时产生的穿透的太赫磁波A和发射的太赫磁波B,也分别由第一光信号探测器6接收和第二光信号探测器8接收,第一光信号探测器6和第二光信号探测器8将其接收的信号均发送至信号采集模块7内,而XYZ调整台5的调整信号也发送至信号采集模块上,由其进行分析处理。
上述的
本发明中所述镀层的厚度为1nm至30nm。
实施例一
所述镀层包括保护层、铁磁材料层和非铁磁金属材料层,保护层设置在最外层,而铁磁层和非铁磁层在内层,且两者可互调位置,所述保护层的厚度在1~20nm,所述铁磁材料层的厚度为1~20nm,所述非铁磁金属材料层的厚度为1~20nm。
本发明中所述保护层为致密氧化物,例如Al2O3或者SiO2等常规防氧化层
本发明中所述铁磁层为Fe、Co、Ni及其与其他金属/非金属的化合物。
本发明中所述非铁磁层包含Pt、Ru、Cu、Ta、TaN、Ti、Ir、Mn、Cr、W的单一材料或者他们之间的结构组合或者合金。
本发明的工作原理如下:
一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:在光纤的端面上制备有镀层;
步骤2:激光照射在光纤端面的镀层上时,由反自旋霍尔效应,产生反射赫兹光及中红外光谱,与样品相互作用后,并从样品处呈透射或反射状态;
步骤3:呈透射和反射的赫兹光及中红外光谱在各自对应的光信号探测器进行接收;
步骤4:光信号探测器将其信息传输至信号采集装置,并进行相应的分析处理。
所述步骤2中光纤的工作方式可分为非接触式的无振动调制和振动调制。
所述样品安装于X、Y和Z轴调整台上,并与信号采集装置相连接。
在上述的实施例的基础上,所述光纤可安装在XYZ轴调整架上,同样可以进行调节。
上述的两种的调整方式只要在扫描控制中,光纤与样品之间只要完成XYZ的相对移动即可达到调制、扫描测试的目的。
所述步骤4中信号读取的调整步骤:
1)直接读取探测器信号,与X、Y和Z轴调整台或XYZ轴调整架位置匹配;
2)调制入射激光频率,以此频率为参照,对太赫兹探测器信号做相位调制测量;
3)调制光纤震动频率,以此频率为参照,对太赫兹探测器信号做相位调制测量;
4)同时调制入射激光频率和光纤震动频率,以此频率为参照,对太赫兹探测器信号做相位调制测量。
其中,本发明所述入射激光频率和光纤震动频率为在数据采集时,对相位敏感的测量,而信号需要被调制时的频率。
上述的频率可以是1HZ至1MHZ。信号读取时,只读取符合上述频率发生的事件,则信号的还原度/噪音的抵抗力会大幅增加。
上述的频率是重复频率,可激光、太赫兹的电磁波频率是不同的概念。
激光频率的调节:可以使用机械斩波器,微机电光开关,声光调制器,电光调制器,也可以考虑调制泵浦光源的闪烁频率。
震动频率一般是依靠压电组件(压电运动部件)的控制电压调节,实现探针的震动。
本发明至少具有以下优点:
1、本发明可实现超高分辨率,为微米级。
2、本发明可兼容近场与远场模式。
3、本发明对比传统的太赫兹/中红外光耦合技术,在光纤末端产生太赫兹/中红外光谱,对材料的本征物理性质有更好的描述。
4、本发明可产生超宽谱的光学信号。
5、本发明使用简单,无需探针等易损部件。
6、本发明可兼容低温等运行环境。
7、本发明磁性材料的厚度仅为几个纳米,也可匹配强磁场测量环境。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:在光纤的端面上制备有镀层;
步骤2:激光照射在光纤端面的镀层上时,由反自旋霍尔效应,产生反射赫兹光及中红外光谱,与样品相互作用后,并从样品处呈透射或反射状态;
步骤3:呈透射和反射的赫兹光及中红外光谱在各自对应的光信号探测器进行接收;
步骤4:光信号探测器将其信息传输至信号采集装置,并进行相应的探测器分析处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法,其特征在于:所述镀层的厚度为1nm至30nm。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法,其特征在于:所述镀层包括保护层、铁磁层和非铁磁层,所述保护层为最外层,而铁磁层和非铁磁层为内层,且两者可互调位置设置,所述保护层的厚度在1~20nm,所述铁磁层的厚度为1~20nm,所述非铁磁层的厚度为1~20nm。
4.根据权利要求3所述的一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法,其特征在于:所述铁磁层为Fe、Co、Ni及其与其他金属/非金属的化合物。
5.根据权利要求3所述的一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法,其特征在于:所述非铁磁层包含Pt、Ru、Cu、Ta、TaN、Ti、Ir、Mn、Cr、W的单一材料或者他们之间的结构组合或者合金。
6.根据权利要求1所述的一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法,其特征在于:所述步骤2中光纤的工作方式可分为非接触式的无振动调制和振动调制。
7.根据权利要求1所述的一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法,其特征在于:所述样品安装于XYZ轴调整台上,并与信号采集装置相连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法,其特征在于:所述光纤可安装在XYZ轴调整架上,并与信号采集装置相连接。
9.根据权利要求1所述的一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法,其特征在于:
所述步骤4中信号读取的调整步骤:
1)直接读取探测器信号,与XYZ轴调整台或XYZ轴调整架位置相匹配;
2)调制入射激光频率,以此频率为参照,对太赫兹探测器信号做相位调制测量;
3)调制光纤震动频率,以此频率为参照,对太赫兹探测器信号做相位调制测量;
4)同时调制入射激光频率和光纤震动频率,以此频率为参照,对太赫兹探测器信号做相位调制测量。
10.根据权利要求9所述的一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法,其特征在于:所述入射激光频率和光纤震动频率为在数据采集时作为参考信号,以实现相位敏感的测量。
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---|---|---|---|---|
CN113267465A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-17 | 重庆邮电大学 | 一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN110687070B (zh) | 2022-03-01 |
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