太赫兹傅里叶光谱系统的研究

摘要

太赫兹辐射通常是指频率大小在0.1THz—10THz（1THz=1012Hz）范围内的电磁辐射，其在电磁波谱中的位置介于微波频段和远红外波频段之间。太赫兹信号的探测技术以及光谱技术都是THz科学技术领域的重要研究方向。为探测微弱THz信号和进行太赫兹光谱分析，本文根据迈克尔逊干涉仪基本原理和傅里叶变换理论，在实验室已有的一套傅里叶变换光谱仪的基础上，对其进行软、硬件方面的改造，升级成了可用于探测微弱THz小信号和进行THz光谱分析的太赫兹傅里叶变换光谱系统(THz-FTS)。本系统结构简单，工作带宽较宽，系统的控制、数据采集和处理都实现了自动化操作，能够方便、快捷的进行数据采集工作，有广大的应用前景。
　　本系统采用 Golay cell探测器配合锁相放大器的探测手段进行太赫兹信号探测，减小了信号传输过程中的背景热噪声，提升了系统检测微弱太赫兹信号的能力。利用LabVIEW软件开发环境，编写了控制系统、数据采集和数据处理等一系列的程序。通过硬件升级和软件重构，完成了系统整体的升级。对新系统进行了测试，采集到了干涉信号幅度随光程差变化的干涉图数据，并通过数据处理程序复原出了信号的频谱信息。采集到的干涉图与理论分析相符合，复原出了宽频太赫兹信号的光谱分布，证明了升级后的系统的正确性和可用性。
　　通过实验改变系统中斩波器转速、动镜移动速度和采样间隔等参数，对比分析这些参数对系统性能的影响。通过减小信号强度的方法，实验对比了新系统和原始系统对微弱THz信号的检测能力。使用太赫兹傅里叶变换光谱系统探测了He-Ne激光中包含的太赫兹分量的光谱分布，证明了升级后的太赫兹傅里叶变换光谱系统相比原有系统各方面性能都得到提升。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 太赫兹波简介

1.2 太赫兹波的产生

1.3 太赫兹波的探测

1.4 傅里叶变换光谱仪简介

1.5 论文主要内容

第二章 太赫兹傅里叶变换光谱系统的基本理论

2.1 迈克逊干涉仪理论基础

2.2 干涉信号采样原理

2.3 干涉信号数据处理复原光谱信息

2.4 信噪比提升原理

2.5 本章小结

第三章 太赫兹傅里叶变换光谱系统的升级

3.1 太赫兹傅里叶变换光谱系统的组成

3.2 SPS-300介绍

3.3 信号源

3.4 信号探测系统

3.5 本章小结

第四章 系统软件的编写及测试

4.1 基于LabVIEW的数据采集程序

4.2 基于LabVIEW的控制系统

4.3 通过干涉图复原光谱信息

4.4 系统测试

4.5 本章小结

第五章 太赫兹傅里叶变换光谱系统的调校和性能分析

5.1 太赫兹傅里叶变换光谱系统的光路调校

5.2 THz-FTS的参数调校

5.3 太赫兹傅里叶变换光谱系统的探测能力分析

5.4 测He-Ne激光中包含的THz小信号分量

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献