CN219320075U - 一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件，包括连接输入光路和输出光路的反射镜组和活动的回反射镜组，反射镜组和回反射镜组之间设有连接光路，连接光路包括两个以上连续的往返光路；往返光路从反射镜组出发到达回反射镜组，在回反射镜组折返回到反射镜组；反射镜组和回反射镜组活动配合改变连接光路的长度。本实用新型还公开了包含上述太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件的太赫兹时域光谱仪。本实用新型通过增加光路中发生折返的次数，实现了有限空间内光程差的倍增，从而增长了太赫兹时域光谱仪中时域信号的扫描长度，扩大了扫描范围，可以检测到较厚样品的厚度信息。

Description

一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件

技术领域

本实用新型涉及太赫兹时域光谱仪领域，更具体地，涉及一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件。

背景技术

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是一种新兴的光谱测量技术，是太赫兹领域的研究热点。在太赫兹时域光谱仪中，光纤飞秒激光器发出两束飞秒激光，一束作为泵浦光，另一束作为探测光；泵浦光经光纤传输到发射天线上，在偏置电压的作用下产生太赫兹波，太赫兹波经透射和/或反射后携带待测样品的信息被太赫兹探测器所接收，通过波谱分析技术可以得到样品的物理信息。样品的检测结果是通过改变穿过样品的不同时刻的太赫兹脉冲电场强度的泵浦光和探测光的光程差来测量得到的。光程的改变需要利用太赫兹时域光谱仪快速扫描模块中的光学延迟线装置。光学延迟线装置通过手动直线滑台、步进电机、音圈电机或直线电机等直线位移单元带动微位移平台上的反射器件进行单向移动，改变光程，从而实现光学延迟。

现有的太赫兹时域光谱仪快速扫描模块中采用中空回射镜，一般形成2倍的光程差，光程差对应太赫兹时域光谱仪中时域信号的扫描长度，扫描范围较小，对于一些较厚的样品，无法检测到厚度信息。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件，用于解决现有的太赫兹时域光谱仪扫描模块中光程短、无法应用于较厚样品的问题。

本实用新型采取的技术方案是一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件，包括连接输入光路和输出光路的反射镜组和活动的回反射镜组，所述反射镜组和回反射镜组之间设有连接光路，所述连接光路包括两个以上连续的往返光路；所述往返光路从反射镜组出发到达回反射镜组，在所述回反射镜组折返回到反射镜组；所述反射镜组和回反射镜组活动配合改变连接光路的长度。

所述反射镜组用于将输入光路接入连接光路，并使连接光路连接输出光路。所述回反射镜组可活动，通过反射镜组和回反射镜组活动配合，调节连接光路的长度，从而改变光程。所述往返光路为反射镜组和回反射镜组之间发生单次折返形成的光路，所述连接光路为反射镜组和回反射镜组之间发生两次以上折返形成的光路。活动的回反射镜组的运动距离对应光程的改变，本技术方案通过激光在反射镜组和回反射镜组之间发生两次以上折返，实现了光程的倍增，从而增长了太赫兹时域光谱仪中时域信号的扫描长度，扩大了扫描范围，可以探测较厚样品的厚度信息。激光均在所述回反射镜组处发生折返，回反射镜组可活动，反射镜组可以保持固定的位置，使得太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件在实现调节光程的基础上兼顾了光学连接的稳定性，便于控制误差、提高检测的精确度，也方便在太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件的整体组建和调试。

进一步地，所述回反射镜组包括互相垂直的第一回反射镜面和第二回反射镜面，以及互相垂直的第三回反射镜面和第四回反射镜面；所述反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜；所述连接光路从第二反射镜出发经过第一回反射镜面、第二回反射镜面到达第一反射镜，形成第一往返光路，在所述第一反射镜折返，经过第三回反射镜面、第四回反射镜面到达第二反射镜，形成第二往返光路。

所述第一回反射镜面和第二回反射镜面互相垂直、第三回反射镜面和第四回反射镜面互相垂直，可以使得出射光保持以平行于入射光且相反的方向返回，即完成一次折返。所述连接光路中激光发生两次折返，则光程增加了一倍，对应地，时域信号的扫描长度也增加了一倍。由于出射光总是平行于入射光，光束较为集中，可以解决光束向外投射可能造成的光路所需空间较大的问题。

进一步地，所述第一反射镜包括呈“V”型设置、开口朝向回反射镜组的第一镜面和第二镜面，所述第一镜面和第二镜面互相垂直。

所述第一反射镜用于实现两个往返光路的连接，可以使回反射镜组射来的光束以平行且相反的方向回到回反射镜组，具体地，第一往返光路从第二回反射镜面到第一镜面，反射到第二镜面，从第二镜面回到第三回反射镜面。本技术方案通过简单结构实现了两个往返光路的连接，且所占体积较小；平行回射使得两个往返光路不交叉、不互相干扰，便于光程的计算。

进一步地，所述第二反射镜包括呈“V”型设置、开口背对回反射镜组的第三镜面和第四镜面，所述第三镜面和第四镜面互相垂直，所述第二反射镜连接输入光路和输出光路。

所述第二反射镜用于实现输入光路-连接光路-输出光路的连接，由于激光在所述连接光路中发生平行回射，所述第二反射镜中互相垂直的第三镜面和第四镜面可以使得输出光路平行于输入光路。

进一步地，所述第一回反射镜面、第二回反射镜面、第三回反射镜面和第四回反射镜面均设置在一镜体的作用面上、向镜体内部倾斜且呈“十”字型均匀分布。

本技术方案使得所述回反射镜组整体更为集中，节约所占空间，缩小体积；只需改变一个镜体的位置就能实现光程改变；所述镜体的结构设计方便了太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件的组建。“十”字型均匀分布形成对称的结构，使得两个往返光路在所述回反射镜组的反射也具有对称性，不容易互相干扰。

进一步地，所述作用面有横向镜面交线，所述作用面的横向镜面交线上侧为第一回反射镜面和第四回反射镜面，下侧为第三回反射镜面和第二回反射镜面，所述第一回反射镜面与第三回反射镜面相邻，所述第四回反射镜面与第二回反射镜面相邻；所述第一反射镜的顶端高度与横向镜面交线的高度持平，底端高度等于或低于第三回反射镜面和第二回反射镜面的底端高度；所述第二反射镜的底端高度等于或低于横向镜面交线的高度，顶端高度等于或高于第一回反射镜面和第四回反射镜面的高度。

所述横向镜面交线为第一回反射镜面与第三回反射镜面的交线以及第四回反射镜面与第二回反射镜面的交线连接而成的折线。本技术方案使得第一往返光路在第一回反射镜面和第二回反射镜面上发生平行回射的同时出射光的高度下降，所述第一反射镜的高度确保其能完整地接收到第二回反射镜面的出射光；第二往返光路在第三回反射镜面和第四回反射镜面上发生平行回射的同时出射光的高度上升，可以绕过设置在所述回反射镜组和第二反射镜之间高度较低的第一反射镜，使其不阻碍所述第二反射镜完整地接收到第四回反射镜面的出射光。太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件所占空间存在一定局限，本技术方案通过合理的位置布局避免了光束之间的互相干扰，使得光束能被完整地接收；缩小了倍增光程所需的实际空间，也保证了检测结果的精确度。

进一步地，所述作用面有纵向镜面交线，所述纵向镜面交线、第一镜面和第二镜面的交线、第三镜面和第四镜面的交线在同一平面上。

所述纵向镜面交线为第一回反射镜面与第四回反射镜面的交线以及第三回反射镜面与第二回反射镜面的交线连接而成的折线。本技术方案使得所述回反射镜组正对第一反射镜和第二反射镜，布局合理，且节约空间，能够较好地接收和反射光束；同时结合各镜面的相对位置，使所述连接光路整体对称，优化光路结构，避免了各光束的冲突和干扰。

进一步地，所述太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件还包括音圈电机，所述回反射镜组设置在滑轨上，所述音圈电机驱动回反射镜组靠近或远离反射镜组。

所述音圈电机和滑轨用于移动回反射镜组，所述回反射镜组的运动在太赫兹时域光谱仪中起到脉冲信号的作用。音圈电机具有结构简单体积小、高速、响应快等特性，音圈电机和滑轨配合可以实现回反射镜组高精度的微位移，保障精确度。

进一步地，所述太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件还包括位置检测机构，所述位置检测机构检测回反射镜组的位置信息。

通过所述位置检测机构检测的位置信息，可以得到所述回反射镜组的运动距离，运动距离影响太赫兹光谱信号采集的长度。

一种太赫兹时域光谱仪，包括上述的一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件。

所述太赫兹时域光谱仪具有倍增的光程变化，增长了时域信号的扫描长度，适用于探测较厚样品的厚度信息。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

通过激光在反射镜组和回反射镜组之间发生两次以上折返，实现了光程的倍增，从而增长了太赫兹时域光谱仪中时域信号的扫描长度，扩大了扫描范围，可以探测较厚样品的厚度信息；位置布局合理，优化光路，节约所占的实际空间，缩小体积；避免了光路互相干扰和冲突，保证光束能被镜面完整接收，保障样品检测结果的精确度。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构图。

图2为本实用新型的结构示意图。

图3为本实用新型中回反射镜组的右视图。

附图标识说明：输入光路100，输出光路200，连接光路300，第一往返光路310，第二往返光路320，反射镜组400，第一反射镜410，第一镜面411，第二镜面412，第二反射镜420，第三镜面421，第四镜面422，回反射镜组500，第一回反射镜面510，第二回反射镜面520，第三回反射镜面530，第四回反射镜面540，镜体600，横向镜面交线610，纵向镜面交线620，音圈电机700，外筒710，线圈720，滑轨800，连接板810，支撑板820，位置检测机构900，光栅尺910，读数头920。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1和2所示，本实施例是一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件，包括连接输入光路100和输出光路200的反射镜组400和活动的回反射镜组500，反射镜组400和回反射镜组500之间设有连接光路300，连接光路300包括两个连续的往返光路；往返光路从反射镜组400出发到达回反射镜组500，在回反射镜组500折返回到反射镜组400；反射镜组400和回反射镜组500活动配合改变连接光路300的长度。该太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件设置在底座上，活动的回反射镜组500可以相对于底座运动，底座对太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件起到支撑作用，同时方便将其整体安装到太赫兹时域光谱仪中。

反射镜组400用于将输入光路100接入连接光路300，并使连接光路300连接输出光路200。回反射镜组500可活动，通过反射镜组400和回反射镜组500活动配合，调节连接光路300的长度，从而改变光程。往返光路为反射镜组400和回反射镜组500之间发生单次折返形成的光路，连接光路300为反射镜组400和回反射镜组500之间发生两次折返形成的光路。活动的回反射镜组500的运动距离对应光程的改变，本技术方案通过激光在反射镜组400和回反射镜组500之间发生两次折返，实现了光程的倍增，从而增长了太赫兹时域光谱仪中时域信号的扫描长度，扩大了扫描范围，可以探测较厚样品的厚度信息。激光均在回反射镜组500处发生折返，回反射镜组500可活动，反射镜组400可以保持固定的位置，使得太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件在实现调节光程的基础上兼顾了光学连接的稳定性，便于控制误差、提高检测的精确度，也方便在太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件的整体组建和调试。

如图1和2所示，回反射镜组500包括互相垂直的第一回反射镜面510和第二回反射镜面520，以及互相垂直的第三回反射镜面530和第四回反射镜面540；反射镜组400包括第一反射镜410和第二反射镜420；连接光路300从第二反射镜420出发经过第一回反射镜面510、第二回反射镜面520到达第一反射镜410，形成第一往返光路310，在第一反射镜410折返，经过第三回反射镜面530、第四回反射镜面540到达第二反射镜420，形成第二往返光路320。本实施例中，第一反射镜410设置在回反射镜组500和第二反射镜420之间，由此将连接光路300限制在回反射镜组500和第二反射镜420之间。

第一回反射镜面510和第二回反射镜面520互相垂直、第三回反射镜面530和第四回反射镜面540互相垂直，可以使得出射光保持以平行于入射光且相反的方向返回，即完成一次折返。连接光路300中激光发生两次折返，则光程增加了一倍，对应地，时域信号的扫描长度也增加了一倍。由于出射光总是平行于入射光，光束较为集中，可以解决光束向外投射可能造成的光路所需空间较大的问题。

如1图所示，第一反射镜410包括呈“V”型设置、开口朝向回反射镜组500的第一镜面411和第二镜面412，第一镜面411和第二镜面412互相垂直。

第一反射镜410用于实现两个往返光路的连接，可以使回反射镜组500射来的光束以平行且相反的方向回到回反射镜组500，具体地，第一往返光路310从第二回反射镜面520到第一镜面411，反射到第二镜面412，从第二镜面412回到第三回反射镜面530。本技术方案通过简单结构实现了两个往返光路的连接，且所占体积较小；平行回射使得两个往返光路不交叉、不互相干扰，便于光程的计算。

第二反射镜420包括呈“V”型设置、开口背对回反射镜组500的第三镜面421和第四镜面422，第三镜面421和第四镜面422互相垂直，第二反射镜420连接输入光路100和输出光路200。

第二反射镜420用于实现输入光路100-连接光路300-输出光路200的连接，由于激光在连接光路300中发生平行回射，第二反射镜420中互相垂直的第三镜面421和第四镜面422可以使得输出光路200平行于输入光路100。

第一反射镜410为V型棱镜，第二反射镜420为屋脊棱镜，比常规的反射镜和镜架更节约空间。

如图3所示，第一回反射镜面510、第二回反射镜面520、第三回反射镜面530和第四回反射镜面540均设置在一镜体600的作用面上、向镜体600内部倾斜且呈“十”字型均匀分布。

本技术方案使得回反射镜组500整体更为集中，节约所占空间，缩小体积；只需改变一个镜体600的位置就能实现光程改变；镜体600的结构设计方便了太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件的组建。“十”字型均匀分布形成对称的结构，使得两个往返光路在回反射镜组500的反射也具有对称性，不容易互相干扰。

作用面有横向镜面交线610，作用面的横向镜面交线610上侧为第一回反射镜面510和第四回反射镜面540，下侧为第三回反射镜面530和第二回反射镜面520，第一回反射镜面510与第三回反射镜面530相邻，第四回反射镜面540与第二回反射镜面520相邻；第一反射镜410的顶端高度与横向镜面交线610的高度持平，底端高度等于或低于第三回反射镜面530和第二回反射镜面520的底端高度；第二反射镜420的底端高度等于或低于横向镜面交线610的高度，顶端高度等于或高于第一回反射镜面510和第四回反射镜面540的高度。

横向镜面交线610为第一回反射镜面510与第三回反射镜面530的交线以及第四回反射镜面540与第二回反射镜面520的交线连接而成的折线。本技术方案使得第一往返光路310在第一回反射镜面510和第二回反射镜面520上发生平行回射的同时出射光的高度下降，第一反射镜410的高度确保其能完整地接收到第二回反射镜面520的出射光；第二往返光路320在第三回反射镜面530和第四回反射镜面540上发生平行回射的同时出射光的高度上升，可以绕过设置在回反射镜组500和第二反射镜420之间高度较低的第一反射镜410，使其不阻碍第二反射镜420完整地接收到第四回反射镜面540的出射光。太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件所占空间存在一定局限，本技术方案通过合理的位置布局避免了光束之间的互相干扰，使得光束能被完整地接收；缩小了倍增光程所需的实际空间，也保证了检测结果的精确度。

作用面有纵向镜面交线620，纵向镜面交线620、第一镜面411和第二镜面412的交线、第三镜面421和第四镜面422的交线在同一平面上。

纵向镜面交线620为第一回反射镜面510与第四回反射镜面540的交线以及第三回反射镜面530与第二回反射镜面520的交线连接而成的折线。本技术方案使得回反射镜组500正对第一反射镜410和第二反射镜420，布局合理，且节约空间，能够较好地接收和反射光束；同时结合各镜面的相对位置，使连接光路300整体对称，优化光路结构，避免了各光束的冲突和干扰。

如图3所示，具体地，镜体600的作用面分为相等的四个部分，进行45°倒角，不相邻的两个部分夹角为90°。

如图1所示，太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件还包括音圈电机700，回反射镜组500设置在滑轨800上，音圈电机700驱动回反射镜组500靠近或远离反射镜组400。音圈电机700和滑轨800用于移动回反射镜组500，回反射镜组500的运动在太赫兹时域光谱仪中起到脉冲信号的作用。音圈电机700具有结构简单体积小、高速、响应快等特性，音圈电机700和滑轨800配合可以实现回反射镜组500高精度的微位移，保障精确度。太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件还包括位置检测机构900，位置检测机构900检测回反射镜组500的位置信息。通过位置检测机构900检测的位置信息，可以得到回反射镜组500的运动距离，运动距离影响太赫兹光谱信号采集的长度。

音圈电机700包括外筒710和线圈720。外筒710一端通过固定板固定在底座上，另一端的开口中设有可相对于外筒710运动的线圈720，外筒710与线圈720之间有一定的均匀间隙。滑轨800上设有可滑动的连接板810，连接板810上设有支撑板820，支撑板820两侧分别固定连接线圈720和镜体600。外筒710与线圈720产生磁场变化，线圈720在电流的推动下带动镜体600沿滑轨800运动。本实施例中，位置检测机构900包括光栅尺910和读数头920，光栅尺910固定在连接板810上，与镜体600镜体600沿滑轨800同步运动。读数头920读取光栅尺910的位置信息，并将其传递给太赫兹时域光谱仪中控制模块。

一种太赫兹时域光谱仪，包括上述的一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件。太赫兹时域光谱仪具有倍增的光程变化，增长了时域信号的扫描长度，适用于探测较厚样品的厚度信息。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书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权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件，其特征在于，包括连接输入光路和输出光路的反射镜组和活动的回反射镜组，所述反射镜组和回反射镜组之间设有连接光路，所述连接光路包括两个以上连续的往返光路；所述往返光路从反射镜组出发到达回反射镜组，在所述回反射镜组折返回到反射镜组；所述反射镜组和回反射镜组活动配合改变连接光路的长度。

2.根据权利要求1所述的一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件，其特征在于，所述回反射镜组包括互相垂直的第一回反射镜面和第二回反射镜面，以及互相垂直的第三回反射镜面和第四回反射镜面；所述反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜；所述连接光路从第二反射镜出发经过第一回反射镜面、第二回反射镜面到达第一反射镜，形成第一往返光路，在所述第一反射镜折返，经过第三回反射镜面、第四回反射镜面到达第二反射镜，形成第二往返光路。

3.根据权利要求2所述的一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件，其特征在于，所述第一反射镜包括呈“V”型设置、开口朝向回反射镜组的第一镜面和第二镜面，所述第一镜面和第二镜面互相垂直。

4.根据权利要求3所述的一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件，其特征在于，所述第二反射镜包括呈“V”型设置、开口背对回反射镜组的第三镜面和第四镜面，所述第三镜面和第四镜面互相垂直，所述第二反射镜连接输入光路和输出光路。

5.根据权利要求4所述的一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件，其特征在于，所述第一回反射镜面、第二回反射镜面、第三回反射镜面和第四回反射镜面均设置在一镜体的作用面上、向镜体内部倾斜且呈“十”字型均匀分布。

6.根据权利要求5所述的一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件，其特征在于，所述作用面有横向镜面交线，所述作用面的横向镜面交线上侧为第一回反射镜面和第四回反射镜面，下侧为第三回反射镜面和第二回反射镜面，所述第一回反射镜面与第三回反射镜面相邻，所述第四回反射镜面与第二回反射镜面相邻；所述第一反射镜的顶端高度与横向镜面交线的高度持平，底端高度等于或低于第三回反射镜面和第二回反射镜面的底端高度；所述第二反射镜的底端高度等于或低于横向镜面交线的高度，顶端高度等于或高于第一回反射镜面和第四回反射镜面的高度。

7.根据权利要求5所述的一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件，其特征在于，所述作用面有纵向镜面交线，所述纵向镜面交线、第一镜面和第二镜面的交线、第三镜面和第四镜面的交线在同一平面上。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件，其特征在于，还包括音圈电机，所述回反射镜组设置在滑轨上，所述音圈电机驱动回反射镜组靠近或远离反射镜组。

9.根据权利要求8所述的一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件，其特征在于，还包括位置检测机构，所述位置检测机构检测回反射镜组的位置信息。

10.一种太赫兹时域光谱仪，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的一种太赫兹时域光谱仪长光程快速扫描组件。

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