CN111044486A - 一种高速太赫兹相干测量装置及方法 - Google Patents

一种高速太赫兹相干测量装置及方法 Download PDF

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龚鹏伟
姜河
刘爽
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Abstract

本申请公开了一种高速太赫兹相干测量装置及方法。所述装置，包括：第一激光器、第二激光器，用于产生太赫兹信号。光选择调制模块，用于光信号合束和分光、相位调制。发射天线，用于光混频以及发射信号。探测天线，用于接收信号并对太赫兹信号进行同步和采样。数据处理模块，用于对所述探测天线所得信号进行分析，获得待测样品的特性。本申请还提供了一个使用以上装置的方法。与现有太赫兹相干测量装置及方法比较，本申请具有避免振动和温度变化等影响造成信号抖动、测量速度快的优点。

Description

一种高速太赫兹相干测量装置及方法
技术领域
本发明涉及无线电计量和测试技术领域，尤其涉及一种高速太赫兹相干测量装置和方法。
背景技术
当前的太赫兹相干测量装置大多采用机械平移台，其扫描速度受机械器件的限制，无法实现很高的速度，制约了这类装置的发展与应用。而电光调制器等光学器件基于完全不同的原理，能够实现机械器件无法达到的高速度。而且，光学的调制器不会受到机械应力、振动、空气扰动等影响，更加可靠和易于使用。如果能够应用至太赫兹相干测量装置中，将会大幅提高太赫兹相干测量装置的性能和应用潜力。
发明内容
本申请提出了一种高速太赫兹相干测量装置和方法，解决现有太赫兹相干测量装置和方法中机械器件易受振动和温度变化等影响造成信号抖动的问题。
本申请实施例采用下述技术方案：
本申请实施例提供一种高速太赫兹相干测量装置，包括：第一激光器、第二激光器、光选择调制模块、发射天线、探测天线、数据处理模块：所述第一激光器，输出端连接所述光选择调制模块的第一输入端，用于产生第一波长光信号。所述第二激光器，输出端连接所述光选择调制模块的第二输入端，用于产生第二波长光信号，所述第一波长光信号和第二波长光信号的频率差位于太赫兹频段。所述光选择调制模块，用于将所述第一波长光信号和第二波长光信号进行合束，再分光获得两路合波信号，第二路合波信号从第二输出端发送到探测天线，对第一路合波信号中的第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量透传，获得部分调制光信号，从第一输出端发送到发射天线。产生时间参考信号，从参考输出端发送到数据处理模块。所述发射天线，用于将所述部分调制光信号中不同波长的激光进行光混频，产生太赫兹信号，并发射到所述探测天线。所述探测天线，用于接收所述发射天线发射的信号，在所述第二路合波信号作用下对接收信号进行采样，输出探测信号。所述数据处理模块，用于对所述探测天线所得的探测信号进行分析，当待测样品放置在从发射天线到探测天线的信号传播路径上时，获得所述待测样品的特性。
优选地，所述装置还包括波长测量模块，用于对第一激光器和第二激光器的输出激光波长进行监测。
优选地，所述装置还包括第一光放大器和第二光放大器，分别位于所述光选择调制模块的第一输出端和第二输出端之后，用于实现激光功率的放大。
优选地，所述装置还包括第一偏振控制器和第二偏振控制器，分别位于发射天线和探测天线的输入端之前，用于对光纤中传输的激光偏振态进行调节。
优选地，各单元之间的有线连接使用保偏光纤。
优选地，第一激光器和第二激光器是可调谐激光器。
本申请实施例还提供一种光选择调制模块，用于以上装置，包括2×2光耦合器、相位调制器、任意波形发生器：所述2×2光耦合器，第一输入端输入第一波长光信号，第二输入端输入第二波长光信号。所述2×2光耦合器，用于将所述第一波长光信号和第二波长光信号进行合束，再分光获得两路合波信号，第二路合波信号从第二输出端输出，第一路合波信号发送到相位调制器。所述相位调制器，用于对接收的第一路合波信号中的第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量透传，获得部分调制光信号，从第一输出端输出。所述任意波形发生器，用于生成进行相位调制时使用的调制信号，并且将所述调制信号作为时间参考信号从参考输出端输出。
本申请实施例还提供一种快速太赫兹相干测量方法，使用以上装置，包括以下步骤：
用第一激光器和第二激光器分别产生第一波长光信号和第二波长光信号，所述第一波长光信号和第二波长光信号的频率差位于太赫兹频段，将两路太赫兹信号的偏振方向调节为相互垂直，分别输出至光选择调制模块的第一输入端和第二输入端；
用光选择调制模块将所述第一波长光信号和第二波长光信号进行合束，再分光获得两路合波信号，第二路合波信号从第二输出端发送到探测天线，对第一路合波信号中的第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量透传，获得部分调制光信号，从第一输出端发送到发射天线；产生时间参考信号，从参考输出端发送到数据处理模块；
用发射天线将所述部分调制光信号中不同波长的激光进行光混频，产生太赫兹信号，并发射到探测天线；
将待测样品放置在从发射天线到探测天线的信号传播路径上；
用探测天线接收所述发射天线发射的信号，在所述第二路合波信号作用下对接收信号进行采样，输出探测信号；
用数据处理模块，以所述时间参考信号作为时间基准，记录和测量所述探测信号的特征，以表示所述待测样品的特性。
优选地，在测量过程中用波长测量模块对第一激光器和第二激光器的输出激光波长进行监测。
优选地，还包括以下步骤：对所述部分调制光信号和所述第二路合波信号进行功率放大。
优选地，还包括以下步骤：对所述部分调制光信号和所述第二路合波信号的激光偏振态进行调节。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：与现有技术中的太赫兹相干测量装置和方法相比，本申请具有避免振动和温度变化等影响造成信号抖动、测量速度快的优点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为高速太赫兹相干测量装置实施例的结构示意图；
图2为高速太赫兹相干测量装置优选实施例的结构示意图；
图3为光选择调制模块实施例的结构示意图；
图4为高速太赫兹相干测量方法实施例的流程图；
图5为高速太赫兹相干测量方法第一优选实施例的流程图；
图6为高速太赫兹相干测量方法第二优选实施例的流程图；
图7为保偏光纤实现激光偏振正交传输的方法原理图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
当前的太赫兹相干测量装置大多采用机械平移台，其扫描速度受机械器件的限制，无法实现很高的速度，制约了这类装置的发展与应用。而电光调制器等光学器件基于完全不同的原理，能够实现机械器件无法达到的高速度。而且，光学的调制器不会受到机械应力、振动、空气扰动等影响，更加可靠和易于使用。如果能够应用至太赫兹相干测量装置中，将会大幅提高太赫兹相干测量装置的性能和应用潜力。
本发明的目的在于提供一种高速太赫兹相干测量装置及方法，能够对太赫兹信号的相位进行电光控制，实现全光纤结构，具有很高的调制速度，具备快速测量功能，替代速度较慢的机械平移台，从而使最终的数据采集也具备很高的速度。同时实现全光纤结构，避免振动和温度变化等影响造成的信号抖动，提高太赫兹相干测量装置的性能。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1为高速太赫兹相干测量装置实施例的结构示意图。本申请实施例提供一种高速太赫兹相干测量装置，包括：第一激光器11、第二激光器12、光选择调制模块13、发射天线14、探测天线15、数据处理模块16：所述第一激光器11，输出端连接所述光选择调制模块13的第一输入端，用于产生第一波长光信号。所述第二激光器12，输出端连接所述光选择调制模块13的第二输入端，用于产生第二波长光信号，所述第一波长光信号和第二波长光信号的频率差位于太赫兹频段。所述光选择调制模块13，用于将所述第一波长光信号和第二波长光信号进行合束，再分光获得两路合波信号，第二路合波信号从第二输出端发送到探测天线15，对第一路合波信号中的第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量透传，获得部分调制光信号，从第一输出端发送到发射天线14。产生时间参考信号，从参考输出端发送到数据处理模块16。所述发射天线14，用于将所述部分调制光信号中不同波长的激光进行光混频，产生太赫兹信号，并发射到所述探测天线15。所述探测天线15，用于接收所述发射天线14发射的信号，在所述第二路合波信号作用下对接收信号进行采样，输出探测信号，发送至所述数据处理模块16。所述数据处理模块16，用于对所述探测天线所得信号进行分析，当待测样品放置在从发射天线到探测天线的信号传播路径上时，获得所述待测样品的特性。
需要说明的是，此处“部分调制光信号”是对第一路合波信号进行处理所得到的，因第一路合波信号中包含第一波长光信号分量和第二波长光信号分量，而调制器仅对第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量未经过调制，因此处理后的光信号中仅有部分光信号被调制，因此称为“部分调制光信号”。
还需要说明的是，此处的“合束”是指将多路光信号合成为一路。“合波”是指将不同波长的光合成为一路光信号。“分光”是指将一路输入光信号分为两路或更多路输出光信号时，将输入光信号的光功率分配到输出光信号，输入和输出的光信号光谱成分相同。
还需要说明的是，此处的发射天线，是太赫兹频段的天线组件，除了包含电磁辐射单元之外，还包含实现混频作用的功能部件，具体地，在太赫兹频段的天线组件中，激励光进入天线后经过晶体激发产生光生载流子，作用于电磁辐射单元，产生太赫兹频段的辐射。带有激励光输入功能的太赫兹频段的天线组件是现有技术，这里不再赘述。
同样的，所述探测天线使用与发射天线功能原理相同的太赫兹频段的天线组件。当第二路合波光信号进入天线后经过晶体激发产生光生载流子，在探测天线接收到的太赫兹信号作用下形成变化的光电流，经过采样输出探测信号。
首先用第一激光器11和第二激光器12分别产生第一波长光信号和第二波长光信号，两路太赫兹信号的波长不同，频率差位于太赫兹频段。根据常规光纤输出的激光器的原理和设计惯例，其产生的激光通常具有固定的偏振方向，即与光纤连接接口的连接键方向成固定夹角。因此，通过使用偏振测量仪，可以预先判断激光器输出的光偏振方向。在本实施例中，激光器的输出偏振方向相同，通过对激光的偏振态进行调节，就能够实现两个不同波长激光的偏振正交传输。将两路信号分别输出至光选择调制模块13的第一输入端和第二输入端。光选择调制模块13接收所述第一波长光信号和第二波长光信号，对两路信号进行耦合，实现先合束再分光，获得两路合波信号，这两路合波信号中都包含了第一波长光信号和第二波长光信号的分量，且功率一致。其中第二路合波信号直接从第二输出端输出，发送到探测天线15。同时对第一路合波信号中的第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量不做处理透传，获得部分调制光信号，从第一输出端输出，发送到发射天线14。光选择调制模块13同时产生时间参考信号，从参考输出端发送到数据处理模块16，时间参考信号一般使用相位调制的调制信号，为数据处理模块16提供时间参考，在后续数据分析时用于同步。发射天线14将所述部分调制光信号中不同波长的激光进行光混频，产生太赫兹信号，由于对激光中的一个波长分量进行了相位调制，因此产生的太赫兹信号具有相同的调制形式，然后发射天线14将信号发射出去。探测天线15接收所述发射天线14发射的信号，通常将待测样品放置在从发射天线14到探测天线15的信号传播路径上，探测天线15将所述第二路合波信号和接收信号进行同步和采样，产生探测信号，发送至所述数据处理模块16。在数据处理模块16中，使用光选择调制模块13产生的时间参考信号作为时间基准，对接收的信号进行分析，当待测样品放置在从发射天线到探测天线的信号传播路径上时，就能够测得带有样品特性的数据，这种方法可以实现具有较高信噪比的测量，同时能够获得相位信息，实现相干测量。
例如用第一激光器11和第二激光器12分别产生第一波长光信号和第二波长光信号，波长分别为λ1和λ2，频率差位于太赫兹频段。通过对激光的偏振态进行调节，实现两个不同波长激光的偏振正交传输。将两路信号分别输出至光选择调制模块13的第一输入端和第二输入端。光选择调制模块13接收所述第一波长光信号和第二波长光信号，波长分别为λ1和λ2，对两路信号进行耦合，实现先合束再分光，获得两路合波信号，这两路合波信号中都包含了波长为λ1和λ2的两种太赫兹信号，且功率一致。其中第二路合波信号直接从第二输出端输出，发送到探测天线15。同时对第一路合波信号中波长为λ1的第一波长光信号分量进行相位调制，波长为λ2的第二波长光信号分量不做处理透传，获得部分调制光信号，从第一输出端输出，发送到发射天线14。光选择调制模块13同时产生时间参考信号，从参考输出端发送到数据处理模块16，时间参考信号一般使用相位调制的调制信号，为数据处理模块16提供时间参考，在后续数据分析时用于同步。发射天线14将所述部分调制光信号中波长为λ1和λ2的激光进行光混频，产生太赫兹信号，混频后的太赫兹信号频率例如为Δf＝c/λ1-c/λ2，其中Δf是混频后的太赫兹信号频率，c是光速，由于对激光中的一个波长分量进行了相位调制，因此产生的太赫兹信号具有相同的调制形式，然后发射天线14将信号发射出去。探测天线15接收所述发射天线14发射的信号，通常将待测样品放置在从发射天线14到探测天线15的信号传播路径上，探测天线15在所述第二路合波信号作用下，对接收信号进行同步和采样，产生探测信号，发送至所述数据处理模块16。在数据处理模块16中，使用光选择调制模块13产生的时间参考信号作为基准，对接收的信号进行分析，当待测样品放置在从发射天线到探测天线的信号传播路径上时，就能够测得带有样品特性的数据。
图2为高速太赫兹相干测量装置优选实施例的结构示意图。本申请的优选实施例提供一种高速太赫兹相干测量装置，在上述实施例的基础上，所述装置还包括波长测量模块21，用于对第一激光器11和第二激光器12的输出激光波长进行监测。
波长测量模块21与第一激光器11和第二激光器12相连接，用于实时监测第一激光器11和第二激光器12输出激光的波长，保证光混频产生太赫兹信号的频率稳定。
本申请的优选实施例提供一种高速太赫兹相干测量装置，在上述实施例的基础上，所述装置还包括第一光放大器22和第二光放大器23，分别位于所述光选择调制模块13的第一输出端和第二输出端之后，用于实现激光功率的放大。
第一光放大器22和第二光放大器23分别位于所述光选择调制模块13的第一输出端和第二输出端之后，分别对光选择调制模块13的第一输出端输出的部分调制光信号和第二输出端输出的第二路合波信号的功率进行放大，提高太赫兹信号产生与探测效率。
本申请的优选实施例提供一种高速太赫兹相干测量装置，在上述实施例的基础上，所述装置还包括第一偏振控制器24和第二偏振控制器25，分别位于发射天线14和探测天线15的输入端之前，用于对光纤中传输的激光偏振态进行调节。
使用偏振控制器24和偏振控制器25分别对光选择调制模块13的第一输出端输出的相位调制信号和第二输出端输出的耦合信号的偏振态进行调节，以更好地匹配发射天线14和探测天线15对激光偏振态的要求，提高太赫兹信号产生与探测效率。
优选地，各单元之间的有线连接使用保偏光纤。
保偏光纤用于实现激光的传输，并保持其偏振状态稳定，同时实现激光偏振正交传输。根据常规光纤输出的激光器的原理和设计惯例，其产生的激光通常具有固定的偏振方向，即与光纤连接接口的连接键方向成固定夹角。当两个激光器的输出偏振方向相同时，则可以通过对保偏光纤1和保偏光纤2进行设计，就能够实现两个不同波长激光的偏振正交传输。
图7为保偏光纤实现激光偏振正交传输的方法原理图，通过对保偏光纤1和保偏光纤2进行定制，使保偏光纤1输入端和输出端的快轴方向与连接键一致，使保偏光纤2输入端和输出端的快轴方向与连接键垂直，实现保偏光纤1和保偏光纤2输出的激光偏振方向相垂直。
优选地，第一激光器11和第二激光器12是可调谐激光器。
第一激光器11和第二激光器12皆采用可调谐激光器，可以实现提供两路不同波长并且可调的连续激光信号，用于光混频过程，产生频率可变的太赫兹信号。
图3为光选择调制模块实施例的结构示意图。本申请实施例提供一种光选择调制模块，包括：2×2光耦合器31、相位调制器32、任意波形发生器33：所述2×2光耦合器31，第一输入端输入第一波长光信号，第二输入端输入第二波长光信号，用于将所述第一波长光信号和第二波长光信号进行合束，再分光获得两路合波信号，第二路合波信号从第二输出端输出，第一路合波信号发送到相位调制器32。所述相位调制器32，用于对接收的第一路合波信号中的第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量透传，获得部分调制光信号，从第一输出端输出。所述任意波形发生器33，用于生成进行相位调制时使用的调制信号，并且将所述调制信号作为时间参考信号从参考输出端输出。
第一输入端输入的第一波长光信号和第二输入端输入的第二波长光信号进入2×2光耦合器31的输入端，2×2光耦合器31对两路信号进行耦合，实现先合束再分光，获得两路合波信号，这两路信号中都包含了第一波长光信号和第二波长光信号的分量，且功率一致。第二路合波信号直接从第二输出端输出，第一路合波信号发送到相位调制器32。相位调制器32对接收的第一路合波信号中的第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量不做处理透传，获得部分调制光信号，第一波长光信号和第二波长光信号的偏振方向是相互垂直的，由于相位调制器通常会具有偏振选择性，所以当两个不同波长的激光具有相垂直的偏振方向时，可以使某一个波长的激光得到调制，而另一个波长的激光不受影响。获得的部分调制光信号从第一输出端输出。所述任意波形发生器33，一般使用任意波形发生器，产生周期性的锯齿波作为调制信号，实现对第一路合波信号中的第一波长光信号分量进行相位调制，同时将所述调制信号作为时间参考信号从参考输出端输出。
例如第一输入端输入的第一波长光信号和第二输入端输入的第二波长光信号进入2×2光耦合器31的输入端，两个信号的波长例如分别是λ1和λ2，2×2光耦合器31对两路信号进行耦合，实现先合束再分光，获得两路合波信号，这两路合波信号中都包含了λ1和λ2两种波长的激光，且功率一致。输出的第二路合波信号直接从第二输出端输出，第一路合波信号发送到相位调制器32。相位调制器32对接收的第一路合波信号中的波长为λ1的第一波长光信号分量进行相位调制，获得部分调制光信号，第一输入端输入的第一波长光信号和第二输入端输入的第二波长光信号的偏振方向相互垂直，由于相位调制器通常会具有偏振选择性，所以当两个不同波长的激光具有相垂直的偏振方向时，可以使某一个波长的激光得到调制，而另一个波长的激光不受影响。获得的部分调制光信号从第一输出端输出。所述任意波形发生器33，一般使用任意波形发生器，产生周期性的锯齿波作为调制信号，实现对第一路合波信号中的波长为λ1的第一波长光信号分量进行相位调制，同时将所述调制信号作为时间参考信号从参考输出端输出。
图4为高速太赫兹相干测量方法实施例的流程图。本申请实施例提供的一种高速太赫兹相干测量方法，包括以下步骤：
步骤401：用第一激光器和第二激光器分别产生第一波长光信号和第二波长光信号，所述第一波长光信号和第二波长光信号的频率差位于太赫兹频段，将两路太赫兹信号的偏振方向调节为相互垂直，分别输出至光选择调制模块的第一输入端和第二输入端。
首先用第一激光器和第二激光器分别产生第一波长光信号和第二波长光信号，两路太赫兹信号的波长不同，频率差位于太赫兹频段。根据常规光纤输出的激光器的原理和设计惯例，其产生的激光通常具有固定的偏振方向，即与光纤连接接口的连接键方向成固定夹角。因此，通过使用偏振测量仪，可以预先判断激光器输出的光偏振方向。在本实施例中，激光器的输出偏振方向相同，通过对激光的偏振态进行调节，就能够实现两个不同波长激光的偏振正交传输。将两路信号分别输出至光选择调制模块的第一输入端和第二输入端。
例如用第一激光器和第二激光器分别产生第一波长光信号和第二波长光信号，波长分别为λ1和λ2，频率差位于太赫兹频段。通过对激光的偏振态进行调节，实现两个不同波长激光的偏振正交传输。将两路信号分别输出至光选择调制模块的第一输入端和第二输入端。
步骤402：用光选择调制模块将所述第一波长光信号和第二波长光信号进行合束，再分光获得两路合波信号，第二路合波信号从第二输出端发送到探测天线，对第一路合波信号中的第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量透传，获得部分调制光信号，从第一输出端发送到发射天线。产生时间参考信号，从参考输出端发送到数据处理模块。
光选择调制模块接收所述第一波长光信号和第二波长光信号，对两路信号进行耦合，实现先合束再分光，获得两路合波信号，这两路信号中都包含了第一波长光信号和第二波长光信号的分量，且功率一致。其中第二路合波信号直接从第二输出端输出，发送到探测天线。同时对第一路合波信号中的第一路太赫兹信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量不做处理透传，获得部分调制光信号，从第一输出端输出，发送到发射天线。光选择调制模块同时产生时间参考信号，从参考输出端发送到数据处理模块，时间参考信号一般使用相位调制的调制信号，为数据处理模块提供时间参考，在后续数据分析时用于同步。
例如光选择调制模块接收所述第一波长光信号和第二波长光信号，波长分别为λ1和λ2，对两路信号进行耦合，实现先合束再分光，获得两路合波信号，这两路合波信号中都包含了波长为λ1和λ2的两种太赫兹信号，且功率一致。其中第二路合波信号直接从第二输出端输出，发送到探测天线。同时对第一路合波信号中波长为λ1的第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量不做处理透传，获得部分调制光信号，从第一输出端输出，发送到发射天线。光选择调制模块同时产生时间参考信号，从参考输出端发送到数据处理模块，时间参考信号一般使用相位调制的调制信号，为数据处理模块提供时间参考，在后续数据分析时用于同步。
步骤403：用发射天线将所述部分调制光信号中不同波长的激光进行光混频，产生太赫兹信号，并发射到探测天线。
发射天线将所述部分调制光信号中不同波长的激光进行光混频，产生太赫兹信号，由于对激光中的一个波长分量进行了相位调制，因此产生的太赫兹信号具有相同的调制形式，然后发射天线将信号发射出去。
例如发射天线将所述部分调制光信号中波长为λ1和λ2的激光进行光混频，产生太赫兹信号，混频后的太赫兹信号频率例如为Δf＝c/λ1-c/λ2，其中Δf是混频后的太赫兹信号频率，c是光速，由于对激光中的一个波长分量进行了相位调制，因此产生的太赫兹信号具有相同的调制形式，然后发射天线将信号发射出去。
步骤404：将待测样品放置在从发射天线到探测天线的信号传播路径上。
将待测样品放置在从发射天线到探测天线的信号传播路径上，探测天线接收信号后发送至数据处理模块，通过分析可获得待测样品的特性。
例如发射天线发射太赫兹信号，频率例如为Δf＝c/λ1-c/λ2，将待测样品放置在从发射天线到探测天线的信号传播路径上，使用探测天线接收信号。
步骤405：用探测天线接收所述发射天线发射的信号，将所述第二路合波信号和接收信号进行同步和采样，产生探测信号，发送至数据处理模块。
发射天线发射太赫兹信号，路径上经由待测样品，由探测天线进行接收，探测天线将所述第二路合波信号和接收信号进行同步和采样，发送至所述数据处理模块，后续将进行分析。
例如发射天线发射太赫兹信号，将待测样品放置在信号传播路径上，用探测天线进行信号的接收，并将所述第二路合波信号和接收信号进行同步和采样，产生探测信号，发送至所述数据处理模块。
步骤406：以所述时间参考信号为基准，用数据处理模块记录和测量所述探测信号的特征，获得所述待测样品的特性。
在数据处理模块中，使用所述光选择调制模块产生的时间参考信号作为时间参考，对接收的信号进行分析，就能够测得带有样品特性的数据，这种方法可以实现具有较高信噪比的测量，同时能够获得相位信息，实现相干测量。
例如数据处理模块接收到探测天线发送的信号，利用锁相放大技术，使用光选择调制模块产生的时间参考信号作为时间参考，对接收的信号进行分析，就能够测得带有样品特性的数据。
优选地，在测量过程中用波长测量模块对第一激光器和第二激光器的输出激光波长进行监测。
用波长测量模块实时监测第一激光器和第二激光器输出激光的波长，保证光混频产生太赫兹信号的频率稳定。
图5为高速太赫兹相干测量方法第一优选实施例的流程图。本申请另一实施例提供的一种高速太赫兹相干测量方法，包括以下步骤：
步骤501：用第一激光器和第二激光器分别产生第一波长光信号和第二波长光信号，所述第一波长光信号和第二波长光信号的频率差位于太赫兹频段，将两路太赫兹信号的偏振方向调节为相互垂直，分别输出至光选择调制模块的第一输入端和第二输入端。(同步骤401)
步骤502：用光选择调制模块将所述第一波长光信号和第二波长光信号进行合束，再分光获得两路合波信号，第二路合波信号从第二输出端发送到探测天线，对第一路合波信号中的第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量透传，获得部分调制光信号，从第一输出端发送到发射天线。产生时间参考信号，从参考输出端发送到数据处理模块。(同步骤402)
步骤503：对所述部分调制光信号和所述第二路合波信号进行功率放大。
分别对光选择调制模块的第一输出端输出的部分调制光信号和第二输出端输出的第二路合波信号的功率进行放大，提高太赫兹信号产生与探测效率。
步骤504：用发射天线将所述部分调制光信号中不同波长的激光进行光混频，产生太赫兹信号，并发射到探测天线。(同步骤403)
步骤505：将待测样品放置在从发射天线到探测天线的信号传播路径上。(同步骤404)
步骤506：用探测天线接收所述发射天线发射的信号，将所述第二路合波信号和接收信号进行同步和采样，发送至数据处理模块。(同步骤405)
步骤507：用数据处理模块对所述时间参考信号和所述探测天线所得信号进行分析，获得所述待测样品的特性。(同步骤406)
图6为高速太赫兹相干测量方法第二优选实施例的流程图。本申请另一实施例提供的一种高速太赫兹相干测量方法，包括以下步骤：
步骤601：用第一激光器和第二激光器分别产生第一波长光信号和第二波长光信号，所述第一波长光信号和第二波长光信号的频率差位于太赫兹频段，将两路太赫兹信号的偏振方向调节为相互垂直，分别输出至光选择调制模块的第一输入端和第二输入端。(同步骤401)
步骤602：用光选择调制模块将所述第一波长光信号和第二波长光信号进行合束，再分光获得两路合波信号，第二路合波信号从第二输出端发送到探测天线，对第一路合波信号中的第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量透传，获得部分调制光信号，从第一输出端发送到发射天线。产生时间参考信号，从参考输出端发送到数据处理模块。(同步骤402)
步骤603：对所述部分调制光信号和所述第二路合波信号的激光偏振态进行调节。
在所述部分调制光信号和所述第二路合波信号进入发射天线和接收天线之前，分别对光选择调制模块的第一输出端输出的部分调制光信号和第二输出端输出的第二路合波信号的偏振态进行调节，以更好地匹配发射天线和探测天线对激光偏振态的要求，提高太赫兹信号产生与探测效率。
步骤604：用发射天线将所述部分调制光信号中不同波长的激光进行光混频，产生太赫兹信号，并发射到探测天线。(同步骤403)
步骤605：将待测样品放置在从发射天线到探测天线的信号传播路径上。(同步骤404)
步骤606：用探测天线接收所述发射天线发射的信号，产生探测信号，发送至数据处理模块。(同步骤405)
步骤607：用数据处理模块对所述时间参考信号和所述探测信号进行分析，获得所述待测样品的特性。(同步骤406)
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种高速太赫兹相干测量装置，其特征在于，包括：第一激光器、第二激光器、光选择调制模块、发射天线、探测天线、数据处理模块：
所述第一激光器，输出端连接所述光选择调制模块的第一输入端，用于产生第一波长光信号；
所述第二激光器，输出端连接所述光选择调制模块的第二输入端，用于产生第二波长光信号，所述第一波长光信号和第二波长光信号的频率差位于太赫兹频段；
所述光选择调制模块，用于将所述第一波长光信号和第二波长光信号进行合束，再分光获得两路合波信号；对第一路合波信号中的第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量透传，获得部分调制光信号，从第一输出端发送到发射天线；第二路合波信号从第二输出端发送到探测天线；产生时间参考信号，从参考输出端发送到数据处理模块；
所述发射天线，用于将所述部分调制光信号中不同波长的激光进行光混频，产生太赫兹信号，并发射到所述探测天线；所述探测天线，用于接收所述发射天线发射的信号，在所述第二路合波信号作用下对接收信号进行采样，输出探测信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括波长测量模块，用于对第一激光器和第二激光器的输出激光波长进行监测。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括第一光放大器和第二光放大器，分别位于所述光选择调制模块的第一输出端和第二输出端之后，用于实现激光功率的放大。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括第一偏振控制器和第二偏振控制器，分别位于发射天线和探测天线的输入端之前，用于对光纤中传输的激光偏振态进行调节。
5.如权利要求1-4任意一项所述的装置，其特征在于，各单元之间的有线连接使用保偏光纤。
6.如权利要求1-4任意一项所述的装置，其特征在于，第一激光器和第二激光器是可调谐激光器。
7.一种光选择调制模块，用于权利要求1所述的装置，其特征在于，包括：2×2光耦合器、相位调制器、任意波形发生器：
所述2×2光耦合器，第一输入端输入第一波长光信号，第二输入端输入第二波长光信号；所述2×2光耦合器，用于将所述第一波长光信号和第二波长光信号进行合束，再分光获得两路合波信号；第一路合波信号发送到相位调制器；第二路合波信号从第二输出端输出；
所述相位调制器，用于对接收的第一路合波信号中的第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量透传，获得部分调制光信号，从第一输出端输出；
所述任意波形发生器，用于生成进行相位调制时使用的调制信号，并且将所述调制信号作为时间参考信号从参考输出端输出。
8.一种快速太赫兹相干测量方法，使用权利要求1所述的装置，其特征在于，包括以下步骤：
用第一激光器和第二激光器分别产生第一波长光信号和第二波长光信号，所述第一波长光信号和第二波长光信号的频率差位于太赫兹频段，将两路太赫兹信号的偏振方向调节为相互垂直，分别输出至光选择调制模块的第一输入端和第二输入端；
用光选择调制模块将所述第一波长光信号和第二波长光信号进行合束，再分光获得两路合波信号，第二路合波信号从第二输出端发送到探测天线，对第一路合波信号中的第一波长光信号分量进行相位调制，第二波长光信号分量透传，获得部分调制光信号，从第一输出端发送到发射天线；产生时间参考信号，从参考输出端发送到数据处理模块；
用发射天线将所述部分调制光信号中不同波长的激光进行光混频，产生太赫兹信号，并发射到探测天线；
将待测样品放置在从发射天线到探测天线的信号传播路径上；
用数据处理模块，以所述时间参考信号作为时间基准，记录和测量所述探测信号的特征，以表示所述待测样品的特性。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
对所述部分调制光信号和所述第二路合波信号进行功率放大。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
对所述部分调制光信号和所述第二路合波信号的激光偏振态进行调节。
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