CN207751869U - 一种用于太赫兹时域光谱测量的装置 - Google Patents

一种用于太赫兹时域光谱测量的装置 Download PDF

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祁春超
唐莎娜
袁弧
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Abstract

本实用新型涉及太赫兹无损测量技术领域,提供了一种用于太赫兹时域光谱测量的装置,包括安装架、设置在安装架的底部的样品架、设置在安装架上且分别位于样品架两侧的两组反光镜组、分别设置在安装架的两相对侧面上且与两组反光镜组一一对应的两个光电导天线,以及设置在安装架的侧面上的红光校准仪,其中一反光镜组开设有与红光校准仪同轴的开孔。本实用新型通过设置安装架、样品架、反光镜组、光电导天线和红光校准仪,使得装置处于一个可视化的操作系统;在装置中的一个反射镜上开设一个开孔,使得红光可以通过小孔径开孔,反射到各镜面上,来校准整个系统的光路,同时也可以确定样品摆放的位置,进而解决了光路搭建过程中的盲目性。

Description

一种用于太赫兹时域光谱测量的装置
技术领域
本实用新型属于太赫兹无损测量技术领域,尤其涉及一种用于太赫兹时域光谱测量的装置。
背景技术
太赫兹波是指频率在0.1Hz到10THz范围的电磁波辐射,介于微波和红外之间的波,正好处于宏观电子学向微观电子学过渡的区域。太赫兹曾被称为“太赫兹空隙”,是由于太赫兹波缺乏有效的产生和检测方式,使得太赫兹波成为电磁波谱中最后一个未被全面研究的频率窗口。太赫兹波技术具有以下特点:(1)太赫波对于很多非极性材料有良好的穿透性,如对陶瓷、塑料、纺织纤维等很多物质透射率高。(2)太赫兹光子能量低,频率为1THz的电磁波的光子能量只有4mev,是X射线的百万分之一,是一种非常安全的电磁辐射,许多极性大分子振动和转动能级间的跃迁也正好处于太赫兹频率范围。(3)利用太赫兹时域光谱技术可以获得亚皮秒、飞秒时间分辨率,而且通过取样测量技术,能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰,信噪比可以达到1010。(4)太赫兹波波长较长,受物质颗粒散射影响很小。
太赫兹时域光谱技术是近几年来最具有代表性也是研究最多的太赫兹技术,是一种新型、非常有效的相干探测技术,具有透视性、安全性、宽带性、瞬态性、高分辨率、高性噪比等优点。太赫兹时域光谱系统通过记录参考和透过样品或从样品反射后的太赫兹时域电场波形,通过傅里叶变换获得被测样品的频谱信息,通过分析和处理频域信号即可获得样品的消光系数、吸收系数、折射系数等相关参数,从而实现物质识别并进一步获得物质的一些重要的物理和化学信息。
目前也有对太赫兹光谱测量方式的改进方案。如申请号为201110050929.1,发明名称为《用于太赫兹光谱测量的样品承载装置及其使用方法》的专利中提出采用聚乙烯制备的样品盒,聚乙烯对太赫兹吸收很少,因此可以作为样品容器,放置固体、液体或气体样品。另外,申请号为201220576555.7,发明名称为《一种用于太赫兹光谱测试的样品承载装置》的专利中提出了一套包含弹簧片的夹板系统,能够方便地安放片状样品,能够保证光路垂直投射到样品表面上。
虽然上述提及的专利中涉及太赫兹测试样品装置,但是这些专利中提出的方案均不能解决太赫兹测试中光路搭建的盲目性,和对光电导天线的触碰造成的损害,以及对不同样品随时切换和摆放的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于太赫兹时域光谱测量的装置,旨在解决现有技术中的太赫兹测试装置的光路搭建盲目的技术问题。
本实用新型是这样实现的,一种用于太赫兹时域光谱测量的装置,包括安装架、设置在所述安装架的底部的样品架、设置在所述安装架上且分别位于所述样品架两侧的两组反光镜组、分别设置在所述安装架的两相对侧面上且与两组反光镜组一一对应的两个光电导天线,以及设置在所述安装架的侧面上的红光校准仪,其中一所述反光镜组开设有与所述红光校准仪同轴的开孔。
进一步地,所述安装架包括所述底部、分别垂直连接在所述底部两端的第一侧部和第二侧部、与所述底部相对设置且与所述第一侧部垂直连接的第一顶部,以及与所述底部相对设置且与所述第二侧部垂直连接的第二顶部,所述第一侧部靠近所述第一顶部的一端设置有第一光电导天线,所述第二侧部靠近所述第二顶部的一端设置有第二光电导天线。
进一步地,每一组所述反光镜组均包括设置在所述第一顶部或第二顶部上的上反光镜,以及设置在所述底部上的下反光镜,所述上反光镜与所述下反光镜相对设置。
进一步地,所述上反光镜与所述下反光镜均为离轴抛物面反射镜。
进一步地,所述上反光镜的镜面与所述第一光电导天线或第二光电导天线相对设置,所述下反光镜的镜面与所述样品架相对设置。
进一步地,所述样品架包括固定设置在所述安装架的底部的底座,以及与所述底座固定连接且竖直设置的薄板,所述薄板用于固定样品。
进一步地,所述薄板的两相对表面均设置有用于固定所述样品的圆环形磁铁。
进一步地,所述薄板为聚乙烯薄板。
进一步地,所述光电导天线通过可调节支座固定在所述安装架上。
进一步地,所述红光校准仪通过可调节支座固定在所述安装架上。
实施本实用新型的一种用于太赫兹时域光谱测量的装置,具有以下有益效果:其通过设置安装架,在安装架的底部设置样品架,在安装架上设置两组反光镜组且两组反光镜组分别位于样品架的两侧,在安装架的两相对侧面上分别设置光电导天线且光电导天线与反光镜组一一对应,同时在安装架的侧面上设置红光校准仪,使得装置处于一个可视化的操作系统;在装置中的一个反射镜上开设一个微小的开孔,使得红光可以通过小孔径开孔,反射到各镜面上,来校准整个系统的光路,同时也可以确定样品摆放的位置,进而解决了光路搭建过程中的盲目性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,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的附图。
图1是本实用新型实施例提供的用于太赫兹时域光谱测量的装置的主视图;
图2是本实用新型实施例提供的用于太赫兹时域光谱测量的装置的立体结构示意图。
上述附图所涉及的标号明细如下:
1-安装架;11-底部;12-第一侧部;13-第二侧部;14-第一顶部;15-第二顶部;2-样品架;21-底座;22-薄板;23-圆环形磁铁;3-反光镜组;31-上反光镜;32-下反光镜;301-开孔;4-红光校准仪;5-第一光电导天线;6-第二光电导天线。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
需说明的是,当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件,它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件,它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
本实用新型实施例解决了现有的太赫兹时域光谱测量时存在的以下问题:由于太赫兹波用人眼无法直接观察,在搭建光学平台时困难大,存在盲目性;由于测试样品的多样性,导致在固定和切换样品时存在破坏、不稳固等。
具体地,如图1和图2所示,本实用新型实施例的用于太赫兹时域光谱测量的装置包括安装架1、样品架2、两组反光镜组3、两个光电导天线和红光校准仪4。其中,样品架2设置在安装架1的底部;两组反光镜组3均设置在安装架1上且两组反光镜组3分别位于样品架2的两侧;两个光电导天线分别设置在安装架1的两相对侧面上,且两个光电导天线与两组反光镜组3一一对应;红光校准仪4设置在安装架1的侧面上。另外,在其中的一个反光镜组3上开设有与红光校准仪4同轴的开孔301,该开孔301孔径较小且用于红光校准仪4确定系统的光路。
本实用新型实施例通过设置安装架1,在安装架1的底部设置样品架2,在安装架1上设置两组反光镜组3且两组反光镜组3分别位于样品架2的两侧,在安装架1的两相对侧面上分别设置光电导天线且光电导天线与反光镜组3一一对应,同时在安装架1的侧面上设置红光校准仪4,使得装置处于一个可视化的操作系统;在装置中的一个反射镜3上开设一个微小的开孔301,使得红光可以通过小孔径开孔301,反射到各镜面上,来校准整个系统的光路,同时也可以确定样品摆放的位置,进而解决了光路搭建过程中的盲目性。
进一步地,在本实用新型的一个实施例中,安装架1呈框架结构,其包括底部11、第一侧部12、第二侧部13、第一顶部14和第二顶部15。其中,第一侧部12和第二侧部13分别垂直连接在底部11的两端,第一顶部14与底部11相对设置且与第一侧部12垂直连接,第二顶部15与底部11相对设置且与第二侧部13垂直连接。优选地,底部11、第一侧部12、第二侧部13、第一顶部14和第二顶部15一体成型,以简化装置结构。另外,第一顶部14与第二顶部15之间具有一定的间隙。在本实施例中,在第一侧部12靠近第一顶部14的一端设置有第一光电导天线5,在第二侧部13靠近第二顶部15的一端设置有第二光电导天线6,此时,第一光电导天线5和第二光电导天线6被包裹在安装架1的直角里,避免了实验操作时碰触到光电导天线而损坏。
进一步地,每一组反光镜组3均包括上反光镜31和下反光镜32。其中,上反光镜31固定连接在第一顶部14或第二顶部15上,下反光镜32固定连接在底部11上,且上反光镜31和下反光镜32相对设置。在本实施例中,左侧反光镜组3的上反光镜31固定连接在第一顶部14上,右侧反光镜组3的上反光镜31固定连接在第二顶部15上。优选地,上反光镜31和下反光镜32均为离轴抛物面反射镜。
进一步地,上反光镜31的镜面与第一光电导天线5或第二光电导天线6相对设置,下反光镜32的镜面与样品架2相对设置。具体地,在本实施例中,左侧反光镜组3的上反光镜31的镜面与第一光电导天线5相对设置,右侧反光镜组3的上反光镜31的镜面与第二光电导天线6相对设置。
进一步地,在本实用新型的一个实施例中,样品架2包括底座21和薄板22。其中,底座21固定连接在安装架1的底部11上且位于底部11的中心区域;薄板22与底座21固定连接且竖直设置在底座21的中部,该薄板22用于固定样品。优选地,底座21与薄板22一体成型,以简化结构并节约成本。
进一步地,在薄板22的两相对表面上均设置有圆环形磁铁23,两侧的圆环形磁铁23用于夹持样品。磁铁便于反复使用进而降低造价,同时圆环形磁铁在保证光路通过的同时,对样品夹持的稳定性和平整性也起到了保障作用。
优选地,薄板22为聚乙烯薄板,因为聚乙烯材料对太赫兹吸收很少。
进一步优选地,光电导天线通过可调节支座固定在安装架1上。具体地,第一光电导天线5通过可调节支座固定安装在第一侧部12上,第二光电导天线6通过可调节支座固定安装在第二侧部13上。进一步优选地,红光校准仪4通过可调节支座固定安装在安装架1的第一侧部12上且位于第一光电导天线5的下方。可以理解的是,在本实用新型实施例中,红光校准仪4可以采用现有技术中常用的结构,在此不作详细说明。
综上所述,本实用新型实施例的光路系统中共有两组反光镜组3,每一组包括上反光镜31和下反光镜32,相对放置,中间摆放被测样品,上反光镜31接收由光电导天线发射的太赫兹波,并将发散的太赫兹波转化为平行光,这束平行光通过被测样品入射到下反光镜32中,在左侧反光镜组3的下反光镜32中开一个开孔301,这样入射过来的太赫兹波平行光由下反光镜32汇聚后与经延迟线结构的探测光重合成一条直线,最终一起照射到待测样品上,这种设计减少了光学元件的使用,节省了大量的空间。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于太赫兹时域光谱测量的装置,其特征在于,包括安装架、设置在所述安装架的底部的样品架、设置在所述安装架上且分别位于所述样品架两侧的两组反光镜组、分别设置在所述安装架的两相对侧面上且与两组反光镜组一一对应的两个光电导天线,以及设置在所述安装架的侧面上的红光校准仪,其中一所述反光镜组开设有与所述红光校准仪同轴的开孔。
2.如权利要求1所述的用于太赫兹时域光谱测量的装置,其特征在于,所述安装架包括所述底部、分别垂直连接在所述底部两端的第一侧部和第二侧部、与所述底部相对设置且与所述第一侧部垂直连接的第一顶部,以及与所述底部相对设置且与所述第二侧部垂直连接的第二顶部,所述第一侧部靠近所述第一顶部的一端设置有第一光电导天线,所述第二侧部靠近所述第二顶部的一端设置有第二光电导天线。
3.如权利要求2所述的用于太赫兹时域光谱测量的装置,其特征在于,每一组所述反光镜组均包括设置在所述第一顶部或第二顶部上的上反光镜,以及设置在所述底部上的下反光镜,所述上反光镜与所述下反光镜相对设置。
4.如权利要求3所述的用于太赫兹时域光谱测量的装置,其特征在于,所述上反光镜与所述下反光镜均为离轴抛物面反射镜。
5.如权利要求3所述的用于太赫兹时域光谱测量的装置,其特征在于,所述上反光镜的镜面与所述第一光电导天线或第二光电导天线相对设置,所述下反光镜的镜面与所述样品架相对设置。
6.如权利要求1至5任一项所述的用于太赫兹时域光谱测量的装置,其特征在于,所述样品架包括固定设置在所述安装架的底部的底座,以及与所述底座固定连接且竖直设置的薄板,所述薄板用于固定样品。
7.如权利要求6所述的用于太赫兹时域光谱测量的装置,其特征在于,所述薄板的两相对表面均设置有用于固定所述样品的圆环形磁铁。
8.如权利要求6所述的用于太赫兹时域光谱测量的装置,其特征在于,所述薄板为聚乙烯薄板。
9.如权利要求1至5任一项所述的用于太赫兹时域光谱测量的装置,其特征在于,所述光电导天线通过可调节支座固定在所述安装架上。
10.如权利要求1至5任一项所述的用于太赫兹时域光谱测量的装置,其特征在于,所述红光校准仪通过可调节支座固定在所述安装架上。
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