基于电光采样的THz-TDS中快速探测技术研究

摘要

THz-TDS技术是一种宽带THz脉冲的相干测量技术，能同时探测THz脉冲的振幅和相位信息，通过傅立叶变换即可得到其频谱信息。THz-TDS技术是一种最新的光谱检测手段，在很多基础研究领域有重要的应用。但是目前国内还没有基于THz-TDS技术的商业化产品，因此，研制高功率、小型化、实用性的基于THz-TDS的产品具有重要的意义。本文从THz-TDS系统的实用性出发，对系统探测部分的平衡探测单元和时间扫描单元进行优化。
　　 本文的研究内容包括：
　　 1.本文对基于ZnTe电光采样的THz-TDS系统探测部分进行了研究，介绍了THz辐射脉冲相干探测的基本原理，为自动平衡探测单元和实时采样单元的设计提供了理论依据。
　　 2.设计了基于单片机PIC18F2423的自动平衡探测(auto-balance)单元，用于取代传统的人工探测模式。自动平衡探测单元的硬件部分包括数据预处理电路和运动控制电路，运动控制电路用到的核心器件是L297/L298步进电机驱动芯片组合。
　　 3.对auto-balance单元的软件部分进行了模块化设计，包括：电机驱动子程序、A/D转换子程序和数据处理子程序。为了方便使用，设计了机械结构将本单元封装起来。
　　 4.通过实验证实：自动平衡探测单元能够正常工作，最重要的是本单元可以降低THz-TDS系统操作人员的技术门槛，有利于系统的推广。
　　 5.本文通过理论分析和实验观察相结合的方式，优化了原有时间延迟单元的机械结构，包括：对称螺旋反射镜、伺服电机的控制及两者的弹性联接，有效的改善了光点晃动的现状。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2 THz-TDS发展现状

1.3本文的主要工作

第二章THz—TDS系统相干探测的基本原理

2.1 THz-TDS系统探测部分基本原理

2.2电光效应及电光晶体ZnTe

2.2.1电光效应

2.2.2电光晶体ZnTe

2.3等效时间采样原理及时间延迟单元

2.3.1等效时间采样原理

2.3.2时间延迟单元

2.4平衡探测单元的基本原理及构成

2.4.1平衡探测单元的基本原理

2.4.2平衡探测单元的构成

2.5本章小结

第三章自动平衡探测单元的整体设计

3.1控制器硬件电路设计

3.1.1数据预处理电路

3.1.2运动控制电路

3.2软件程序设计

3.2.1电机驱动子程序

3.2.2 A/D转换子程序

3.2.3数据处理子程序

3.3系统机械结构设计

3.4本章小结

第四章时间延迟单元机械结构的优化

4.1基于步进电机的时间延迟单元机械结构及采样周期计算

4.1.1基于步进电机的时间延迟单元机械结构

4.1.2采样周期计算

4.2实时采样THz-TDS系统的时间延迟单元机械结构及采样周期计算

4.2.1实时采样THz-TDS系统的时间延迟单元的机械结构

4.2.2采样周期计算

4.3实时采样THz-TDS系统的时间延迟单元机械结构的改进

4.3.1对称螺旋反射镜

4.3.2伺服电机

4.3.3弹性联接

4.3.4螺旋反射镜重量问题的解决

4.4本章小结

第五章实验研究及分析

5.1实验装置

5.2 Auto-balance单元实验

5.2.1实验装置

5.2.2脉冲与电旋台转角关系实验

5.2.3采样点个数确定实验

5.2.4 auto-balance单元的精度实验

5.2.5 auto-balance单元的准确性实验

5.2.6误差来源分析

5.3实时采样THz-TDS系统的时间延迟单元机械结构实验

5.3.1实验步骤及结果

5.3.2实验结果分析

5.4本章小结

第六章全文总结与工作展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢