具有波导测试模块的笼式结构光纤化太赫兹时域光谱系统

摘要

提供一种具有波导测试模块的笼式结构光纤化太赫兹时域光谱系统，具有笼式结构Ⅰ，笼式结构Ⅰ包括笼式结构Ⅰ发射端和笼式结构Ⅰ接收端，笼式结构Ⅰ发射端上依次设有发射天线、发射端准直透镜和发射端聚焦透镜，笼式结构Ⅰ接收端上依次设有接收端准直透镜、接收端聚焦透镜和探测天线，笼式结构Ⅰ发射端和笼式结构Ⅰ接收端之间设有笼式结构Ⅱ，笼式结构Ⅱ包括与笼式结构Ⅰ发射端连接的笼式结构Ⅱ发射端和与笼式结构Ⅰ接收端连接的笼式结构Ⅱ接收端，笼式结构Ⅱ发射端和笼式结构Ⅱ接收端之间设有波导测试模块。本发明将波导测试模块集成于光纤化太赫兹时域光谱系统的笼式结构中，使波导得到可靠稳定的定心和准直，系统结构稳定，调节及测试方便，可靠性高，集成性高。

说明书

技术领域

本发明属太赫兹测试技术领域，具体涉及一种具有波导测试模块的笼式结构光纤化太赫兹时域光谱系统。

背景技术

太赫兹波是指波长在3mm～30μm之间，频率在0.1THz～10THz范围内，介于微波与红外光波之间的电磁波。由于太赫兹波具有光子能量低、穿透性高、在大气传输过程中损耗相对较小等特点，太赫兹技术在物理学、生物医学、材料科学、安检、军用雷达、成像、通信等领域具有广阔的应用前景与重大的科学价值。在传统的太赫兹光谱仪中应用最广泛的是太赫兹时域光谱技术。通过相干探测，可以得到通过测试样品后的太赫兹时域脉冲信号，其中包含了振幅与相位的全部信息，傅里叶变换后，便可得到测试样品的透过率、吸收系数、光谱响应等参数。波导在人类生产生活中已经得到广泛的应用，随着太赫兹技术的发展，对于太赫兹波段的波导的研究激发了人们极大的兴趣。目前，太赫兹时域光谱系统集成度低，体积庞大，灵活性很低，测试光路由分立的光学器件搭建，限制了太赫兹光谱探测技术在特殊样品如波导探测中的应用。因此有必要提出改进。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种具有波导测试模块的笼式结构光纤化太赫兹时域光谱系统，本发明将波导测试模块集成于光纤化太赫兹时域光谱系统的笼式结构中，使波导得到可靠定心和准直，使系统结构稳定，调节方便，测试方便，可靠性高，适用于各种不同形状和角度的样品的测试。

本发明采用的技术方案：具有波导测试模块的笼式结构光纤化太赫兹时域光谱系统，具有光纤化太赫兹时域光谱系统的笼式结构Ⅰ，所述笼式结构Ⅰ包括笼式结构Ⅰ发射端和笼式结构Ⅰ接收端，所述笼式结构Ⅰ发射端上依次设有发射天线、发射端准直透镜和发射端聚焦透镜，所述笼式结构Ⅰ接收端上依次设有接收端准直透镜、接收端聚焦透镜和探测天线，所述笼式结构Ⅰ发射端和笼式结构Ⅰ接收端之间设有笼式结构Ⅱ，所述笼式结构Ⅱ包括与笼式结构Ⅰ发射端连接的笼式结构Ⅱ发射端和与笼式结构Ⅰ接收端连接的笼式结构Ⅱ接收端，所述笼式结构Ⅱ发射端和笼式结构Ⅱ接收端之间设有波导测试模块。

其中，所述波导测试模块包括笼式转接件Ⅰ、笼式转接件Ⅱ、发射端笼式光阑、接收端笼式光阑、发射端笼式定心安装座、接收端笼式定心安装座以及波导；所述笼式结构Ⅱ发射端一端通过笼式转接件Ⅰ与笼式结构Ⅰ发射端连接，所述笼式结构Ⅱ发射端中间设有发射端笼式光阑，所述笼式结构Ⅱ发射端另一端设有发射端笼式定心安装座；所述笼式结构Ⅱ接收端一端通过笼式转接件Ⅱ与笼式结构Ⅰ接收端连接，所述笼式结构Ⅱ接收端中间设有接收端笼式光阑，所述笼式结构Ⅱ接收端另一端设有接收端笼式定心安装座；所述波导一端通过发射端笼式定心安装座夹持且其端面与发射端笼式光阑紧贴，所述波导另一端通过接收端笼式定心安装座夹持且其端面与接收端笼式光阑紧贴。

进一步地，所述发射端笼式光阑和接收端笼式光阑中间设有直径与波导横截面大小对应的通光孔。

进一步地，所述笼式结构Ⅰ发射端上的发射天线、发射端准直透镜和发射端聚焦透镜以及笼式结构Ⅰ接收端上的接收端准直透镜、接收端聚焦透镜和探测天线之间的距离均可调。

本发明与现有技术相比的优点：

1、本方案将波导测试模块集成于光纤化太赫兹时域光谱系统的笼式结构中，使测试系统结构稳定，调节方便，可靠性高，集成度高，体积小，灵活性强，有易于后期的升级改进；

2、本方案中由于使用了笼式光阑与笼式定心安装座对波导进行安装，使得测试的波导得到可靠稳定的定心和准直，并且波导的端面恰好位于光纤化太赫兹时域光谱系统的中心焦点位置，无需额外的调整，使测试更加方便，结构简单，测试准确性高；

3、本方案中太赫兹发射端与太赫兹接收端均可独立无限制放置，从而使光纤化太赫兹时域光谱系统可以实现对于各种形状、各种角度的样品进行测试，适用范围广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为现有笼式结构光纤化太赫兹时域光谱系统的结构示意图；

图3为本发明中笼式转接件Ⅰ和笼式转接件Ⅱ的结构示意图；

图4为本发明中发射端笼式定心安装座和接收端笼式定心安装座的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-4描述本发明的实施例。

具有波导测试模块的笼式结构光纤化太赫兹时域光谱系统，如图2所示，具有光纤化太赫兹时域光谱系统的笼式结构Ⅰ1，所述笼式结构Ⅰ1包括笼式结构Ⅰ发射端2和笼式结构Ⅰ接收端3，所述笼式结构Ⅰ发射端2上依次设有发射天线7、发射端准直透镜8和发射端聚焦透镜9，所述笼式结构Ⅰ接收端3上依次设有接收端准直透镜10、接收端聚焦透镜11和探测天线12；所述笼式结构Ⅰ发射端2上的发射天线7、发射端准直透镜8和发射端聚焦透镜9以及笼式结构Ⅰ接收端32上的接收端准直透镜10、接收端聚焦透镜11和探测天线12之间的距离位置均可调，能够满足光纤化太赫兹时域光谱系统要求，使得系统信号最大；上述的发射天线7和探测天线12均为三维可调，以便优化系统的信号；发射天线7和探测天线12均带有尾纤与电线，分别与飞秒光以及电信号输入输出相连接，使笼式结构Ⅰ发射端2在飞秒光激励以及偏压的作用下辐射太赫兹波，使笼式结构Ⅰ接收端3在飞秒光激励下接收太赫兹波信号，输出光电流信号。

所述笼式结构Ⅰ发射端2和笼式结构Ⅰ接收端3之间设有笼式结构Ⅱ4，如图1所示，所述笼式结构Ⅱ4包括与笼式结构Ⅰ发射端2连接的笼式结构Ⅱ发射端5和与笼式结构Ⅰ接收端3连接的笼式结构Ⅱ接收端6，所述笼式结构Ⅱ发射端5和笼式结构Ⅱ接收端6之间设有波导测试模块，具体的，所述波导测试模块包括笼式转接件Ⅰ13、笼式转接件Ⅱ14、发射端笼式光阑15、接收端笼式光阑16、发射端笼式定心安装座17、接收端笼式定心安装座18以及波导19；所述笼式结构Ⅱ发射端5一端通过笼式转接件Ⅰ13与笼式结构Ⅰ发射端2连接，所述笼式结构Ⅱ发射端5中间设有发射端笼式光阑15，所述笼式结构Ⅱ发射端5另一端设有发射端笼式定心安装座17；所述笼式结构Ⅱ接收端6一端通过笼式转接件Ⅱ14与笼式结构Ⅰ接收端3连接，所述笼式结构Ⅱ接收端6中间设有接收端笼式光阑16，所述笼式结构Ⅱ接收端6另一端设有接收端笼式定心安装座18；所述波导19一端通过发射端笼式定心安装座17夹持且其端面与发射端笼式光阑15紧贴，所述波导19另一端通过接收端笼式定心安装座18夹持且其端面与接收端笼式光阑16紧贴。其中，所述发射端笼式光阑15和接收端笼式光阑16中间设有直径与波导19横截面大小对应的通光孔21，对述发射端笼式光阑15和接收端笼式光阑16的通光孔21孔径进行调节限制，使得透射的太赫兹波完全经过所需测试的波导19后再被接收器接收；如图3所示，所述笼式转接件Ⅰ13和笼式转接件Ⅱ14能够将笼式结构Ⅰ1和笼式结构Ⅱ4的尺寸调整为实际测试样品需要的尺寸；如图4所示，所述发射端笼式定心安装座17和接收端笼式定心安装座18用于夹持固定波导19并对其进行准直。

本发明进行波导测试时：先将光纤化太赫兹时域光谱系统中间的连接件20取下，将波导测试模块分别安装于笼式结构Ⅰ发射端2和笼式结构Ⅰ接收端3上；将波导19一端用发射端笼式定心安装座17夹持并插入，至波导19端面与发射端笼式光阑15紧贴，将发射端笼式光阑15的光阑大小调整至与波导19横截面大小一致，将波导19的另一端用接收端笼式定心安装座18夹持并插入，至波导19端面与接收端笼式光阑16紧贴，将接收端笼式光阑16的光阑大小调整至与波导横截面大小一致；其中，本实施例中，光纤化太赫兹时域光谱系统的笼式结构Ⅰ1尺寸为30mm，四个透镜的焦距均为50.8mm，波导测试模块的笼式结构Ⅱ4尺寸为60mm，两个笼式转接件尺寸为30mm～60mm，飞秒激光器的中心波长是1550nm，重复频率是100MHz；开始测试时，打开开关，使系统运行，发射天线7以近似点光源的形式辐射太赫兹波，由发射端准直透镜8准直，经由发射端聚焦透镜9聚焦至焦点位置，即此时波导19端面位置；太赫兹波在波导19中传播后从另一个端面辐射，经由接收端准直透镜10准直后再由接收端聚焦透镜11聚焦至探测天线12进行探测，本实施例中所测试的太赫兹波导为圆柱体状，长度为20cm，直径为6mm。开启系统，通过调整扫描区间即可找到通过波导后的太赫兹信号，从而可以得到波导的响应，本发明中系统带宽可以达到0.1～3.5THz，信噪比可以达到60dB，频谱分辨率可达到5GHz，扫描精度为2μm。

本发明将波导测试模块集成于光纤化太赫兹时域光谱系统的笼式结构中，使波导得到可靠稳定的定心和准直，使系统结构稳定，调节方便，测试方便，可靠性高，适用于各种不同形状和角度的样品的测试，使用范围广。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。