一种扫描太赫兹时域光谱的光学装置、控制装置和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种扫描太赫兹时域光谱的光学装置、控制装置和系统，以提高太赫兹光谱的扫描速度。该光学装置的特征是还包括第二直角棱镜和快速延迟线，第二直角棱镜包括第一反射面和与第一反射面垂直的第二反射面；第二直角棱镜用于通过第一反射面将第一反射镜反射到第一反射面的探测光反射至快速延迟线；快速延迟线用于接收到音圈电机控制器的控制信号后，在高速往复运动的同时将反射棱镜反射的探测光高速折返至第二反射面；第二直角棱镜还用于通过第二反射面将快速延迟线折返至第二反射面的光束反射至第三反射镜。本发明提供的扫描太赫兹时域光谱的系统大大提高了光谱扫描速度，可以完成大批量的扫描作业，从而能够满足实际工业应用的需求。
【专利说明】一种扫描太赫兹时域光谱的光学装置、控制装置和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及太赫兹时域光谱领域，具体涉及一种扫描太赫兹时域光谱的光学装置、控制装置和系统。
【背景技术】
[0002]太赫兹波是指频率在0.1THz至1THz远红外波段的相干电磁辐射，处于电磁波谱中电子学向光子学过渡的特殊位置，因而具有透视性、安全性和光谱分辨本领等独特的性质，具有非常重要的学术价值和应用前景。随着太赫兹技术的发展，太赫兹光谱及成像在生物学、医学疾病诊断、材料科学、军事以及化学基础研究等许多领域展现出巨大的应用潜力，并迅速成为一个令人关注的前沿研究方向。太赫兹时域光谱技术是国际上近年来发展起来的太赫兹辐射的应用技术之一，是一种新兴的光谱技术，是太赫兹光谱技术的核心研发领域。太赫兹时域光谱所具有的相干探测方法、高的时间分辨率和高灵敏度为人们展现了一个全新的光谱学研究视角，也给光谱学研究者提供了新的机遇。
[0003]太赫兹时域光谱技术的商业化成果是太赫兹时域光谱扫描系统，现有的一种太赫兹时域光谱扫描系统采用步进电机带动的光学延迟装置，步进电机每移动一个微小的距离(通常为微米级)具有一个停顿。在此停顿时间里，太赫兹探测器得到一个探测信号。然后，步进电机进行下一个等距离的移动，探测器再次探测信号，如此延续，将步进电机在所有移动位置上太赫兹探测器得到的探测信号按顺序排列起来，就得到了太赫兹的时域光谱。
[0004]按照上述现有的太赫兹时域光谱扫描系统的扫描方法，要得到一个太赫兹时域波形通常需要几分钟的时间，无法实现样品的及时检测，这就大大制约了太赫兹时域光谱系统的应用。例如，使用太赫兹光谱作食品、药品成分的安全检测或是企业的原材料检测，质检部门每天要检测大量的样品，太赫兹光谱扫描速度慢就无法完成大批量的作业，无法满足实际应用的需求。
【发明内容】
[0005]本发明实施例提供一种扫描太赫兹时域光谱的光学装置、控制装置和系统，以提高太赫兹光谱的扫描速度。
[0006]一种扫描太赫兹时域光谱的光学装置，所述光学装置包括:飞秒激光器、用于将所述飞秒激光器发出的激光束分成泵浦光和探测光的分束镜、第二反射镜、第三反射镜、太赫兹发射器、太赫兹探测器、第一太赫兹聚焦镜、第二太赫兹聚焦镜、第一直角棱镜、慢速延迟线和用于将所述探测光反射出去的第一反射镜，所述光学装置还包括第二直角棱镜和快速延迟线，所述第二直角棱镜包括第一反射面和与所述第一反射面垂直的第二反射面；所述第二直角棱镜，用于通过所述第一反射面将所述第一反射镜反射到所述第一反射面的探测光反射至所述快速延迟线；所述快速延迟线，用于接收到音圈电机控制器的控制信号后，在高速往复运动的同时将所述第二直角棱镜反射的探测光高速折返至所述第二反射面；所述第二直角棱镜还用于通过所述第二反射面将所述快速延迟线折返至所述第二反射面的光束反射至所述第三反射镜；所述第三反射镜，用于将所述第二反射面反射的光束反射至所述太赫兹探测器，以使所述太赫兹探测器生成太赫兹信号。
[0007]一种扫描太赫兹时域光谱的控制装置，所述控制装置包括电脑主机、与所述电脑主机连接的慢速延迟电机控制器、发射器控制器和锁相放大器，其特征在于，所述控制装置还包括与所述电脑主机连接的音圈电机控制器和数据采集卡；所述音圈电机控制器，用于在收到所述电脑主机发送的指令后向快速延迟线发出控制信号以驱动所述快速延迟线中的音圈电机做高速往复运动；所述数据采集卡，用于高速采集太赫兹探测器生成并经所述锁相放大器放大的太赫兹信号后传输至所述电脑主机。
[0008]一种扫描太赫兹时域光谱的系统，所述系统包括扫描太赫兹时域光谱的光学装置和扫描太赫兹时域光谱的控制装置；所述扫描太赫兹时域光谱的光学装置包括飞秒激光器、用于将所述飞秒激光器发出的激光束分成泵浦光和探测光的分束镜、第二反射镜、第三反射镜、太赫兹发射器、太赫兹探测器、第一太赫兹聚焦镜、第二太赫兹聚焦镜、第一直角棱镜、慢速延迟线、用于将所述探测光反射出去的第一反射镜，所述扫描太赫兹时域光谱的光学装置还包括第二直角棱镜和快速延迟线，所述第二直角棱镜包括第一反射面和与所述第一反射面垂直的第二反射面；所述第二直角棱镜，用于通过所述第一反射面将所述第一反射镜反射到所述第一反射面的探测光反射至所述快速延迟线；所述快速延迟线，用于接收到音圈电机控制器的控制信号后，在高速往复运动的同时将所述第二直角棱镜反射的探测光高速折返至所述第二反射面；所述第二直角棱镜还用于通过所述第二反射面将所述快速延迟线折返至所述第二反射面的光束反射至所述第三反射镜；所述第三反射镜，用于将所述第二反射面反射的光束反射至所述太赫兹探测器，以使所述太赫兹探测器生成太赫兹信号；所述扫描太赫兹时域光谱的控制装置包括电脑主机、与所述慢速延迟线连接的慢速延迟电机控制器、与所述太赫兹发射器连接的发射器控制器、与所述太赫兹探测器连接的锁相放大器，所述慢速延迟电机控制器、发射器控制器和锁相放大器均与所述电脑主机连接，所述控制装置还包括与所述快速延迟线连接的音圈电机控制器、与所述锁相放大器连接的数据采集卡，所述音圈电机控制器和数据采集卡均与所述电脑主机连接；所述音圈电机控制器，用于在收到所述电脑主机发送的指令后向快速延迟线发出控制信号以驱动所述快速延迟线中的音圈电机做高速往复运动；所述数据采集卡，用于高速采集太赫兹探测器生成并经所述锁相放大器放大的太赫兹信号后传输至所述电脑主机。
[0009]从上述本发明实施例可知，在扫描太赫兹时域光谱的光学装置引入了快速延迟线以及与之配套的第二直角棱镜，在扫描太赫兹时域光谱的控制装置中引入了数据采集卡，快速延迟线接收到音圈电机控制器的控制信号后，在高速往复运动的同时将第二直角棱镜反射的探测光高速折返至第二直角棱镜的第二反射面，而数据采集卡高速采集太赫兹探测器生成的探测信号并经锁相放大器放大而成的太赫兹信号后传输至电脑主机。与现有技术电机步进式的扫描方式相比，本发明实施例提供的扫描太赫兹时域光谱的光学装置、扫描太赫兹时域光谱的控制装置以及二者组成的扫描太赫兹时域光谱的系统使得光谱扫描的速度大大提高，可以完成大批量的扫描作业，从而能够满足实际工业应用的需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明实施例提供的扫描太赫兹时域光谱的光学装置结构示意图；
[0011]图2是本发明实施例提供的扫描太赫兹时域光谱的控制装置逻辑结构示意图；
[0012]图3是本发明实施例提供的扫描太赫兹时域光谱的系统逻辑结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]本发明实施例提供一种扫描太赫兹时域光谱的光学装置，包括:飞秒激光器、第二反射镜、第三反射镜、太赫兹发射器、太赫兹探测器、第一太赫兹聚焦镜、第二太赫兹聚焦镜、第一直角棱镜、慢速延迟线、用于将飞秒激光器发出的激光束分成泵浦光和探测光的分束镜和用于将探测光反射出去的第一反射镜，该光学装置还包括第二直角棱镜和快速延迟线，第二直角棱镜包括第一反射面和与第一反射面垂直的第二反射面；第二直角棱镜，用于通过第一反射面将第一反射镜反射到第一反射面的探测光反射至快速延迟线；快速延迟线，用于接收到音圈电机控制器的控制信号后，在高速往复运动的同时将反射棱镜反射的探测光高速折返至第二反射面；第二直角棱镜还用于通过第二反射面将快速延迟线折返至第二反射面的光束反射至第三反射镜；第三反射镜，用于将第二反射面反射的光束反射至太赫兹探测器，以使太赫兹探测器生成探测信号。本发明实施例还提供相应的扫描太赫兹时域光谱的控制装置和扫描太赫兹时域光谱的系统。以下分别进行详细说明。
[0014]本发明实施例的扫描太赫兹时域光谱的光学装置的结构图可参考附图1，主要包括飞秒激光器113、第二反射镜102、第三反射镜103、太赫兹发射器109、太赫兹探测器110、第一太赫兹聚焦镜111、第二太赫兹聚焦镜112、第一直角棱镜106、慢速延迟线105、用于将飞秒激光器113发出的激光束分成泵浦光和探测光的分束镜104和用于将探测光反射出去的第一反射镜101。与现有技术提供的扫描太赫兹时域光谱的光学装置不同，本发明实施例提供的扫描太赫兹时域光谱的光学装置还包括第二直角棱镜107和快速延迟线108，该第二直角棱镜107包括第一反射面和与第一反射面垂直的第二反射面。
[0015]分束镜104将飞秒激光器113发出的激光束分成泵浦光和探测光后，探测光射向第一反射镜101，第一反射镜101将该探测光反射至第二直角棱镜107。第二直角棱镜107通过其第一反射面将第一反射镜101反射到第一反射面的探测光反射至快速延迟线108。快速延迟线108接收到音圈电机控制器的控制信号后，在高速往复运动的同时将第二直角棱镜107反射的探测光高速折返至第二反射面。与此同时，第二直角棱镜107还用于通过其第二反射面将快速延迟线108折返至第二反射面的光束反射至第三反射镜103。第三反射镜103则将第二直角棱镜107的第二反射面反射的光束反射至太赫兹探测器110，以使该太赫兹探测器生成探测信号。以下是关于附图1示例的扫描太赫兹时域光谱的光学装置更为详细的说明:
[0016]如前所述，分束镜104将飞秒激光器113发出的激光束一分为二，其中的一束光用于泵浦，在本发明实施例中，将其称为泵浦光，另一束光用于探测，在本发明实施例中，将其称为探测光。探测光经过第一反射镜101反射后，被第二直角棱镜107的一个直角反射面即第一反射面反射后射入到快速延迟线108。经过快速延迟线108的折返后，探测光被第二直角棱镜107的另一个直角反射面即第二反射面反射至第三反射镜103，第三反射镜103再将探测光射向太赫兹探测器110，太赫兹探测器110在探测光和太赫兹辐射的共同作用下生成太赫兹信号。在本发明实施例中，太赫兹探测器110可以是任何可以与飞秒激光和太赫兹辐射发生相互作用产生探测信号的太赫兹探测装置，包括基于光电导采样和电光采样的太赫兹探测装置。需要说明的是，太赫兹探测器110中除了包含可以与飞秒激光和太赫兹辐射发生相互作用产生探测信号的太赫兹探测装置之外，还可以包含辅助于太赫兹探测的飞秒激光聚焦透镜和太赫兹光束准直透镜等光束整理装置。
[0017]作为本发明一个实施例，快速延迟线108包括音圈电机和和装配在该音圈电机上的光束回返镜，其中，音圈电机作为快速延迟线108的运动装置，可在安培力的作用下搭载光束回返镜高速往复运动，而光束回返镜在音圈电机高速往复运动时将第二直角棱镜107的第二反射面反射的探测光高速折返至第二直角棱镜107。具体地，由于音圈电机是利用通电导体在磁场中受到安培力作用而运动的原理，其结构中没有传统电机的螺母和丝杆等结构，因此运动阻力非常小，从而能够实现搭载光束回返镜高速往复运动。在本发明实施例中，由于光束回返镜的反射面尺寸刚好能够满足光束回返的空间需求，最大程度地降低了光束回返镜及其安装夹持结构的重量，即减小音圈电机的负载，从而获得最高的音圈电机运动速度。同时在与快速延迟线108的配合上，采用了直角棱镜即第二直角棱镜107，以解决光束回返前后两光束的距离很短、没有足够空间放置两个反射镜的问题，并且使用一个直角棱镜(第二直角棱镜107)比使用两个反射镜更易调整。类似地，在与慢速延迟线105的配合中也使用了一个直角棱镜即第一直角棱镜106，同样起到了减少光学器件所占空间，简化光学调节的作用。另外，在扫描一个太赫兹时域光谱时，音圈电机处于连续无停顿的运动状态，即在扫描一个太赫兹时域光谱的期间快速延迟线108不间断进行高速往复运动，相比于传统的慢速延迟线步进停顿的运动状态，本发明实施例提供的扫描太赫兹时域光谱的光学装置大大节省了扫描时间。
[0018]从分束镜104分出的泵浦光经过第一直角棱镜106的一个直角反射面反射后，射向慢速延迟线105，经慢速延迟线105折返后又被第一直角棱镜106的另一直角反射面反射至第二反射镜102。第二反射镜102将此泵浦光反射至太赫兹发射器109产生太赫兹辐射,其中，太赫兹发射器109可以是基于光电导效应的光电导天线太赫兹源。太赫兹发射器109中除了包含可以被飞秒激光激发的太赫兹源之外，还可能包含辅助于太赫兹发射的飞秒激光聚焦透镜和太赫兹光束准直透镜等光束整理装置。由太赫兹发射器109产生的太赫兹辐射被太赫兹聚焦镜即第一太赫兹聚焦镜111聚焦，第一太赫兹聚焦镜111可以是任何具有聚焦作用的太赫兹光束聚焦光学器件，包括各种透镜和离轴抛物面镜，太赫兹辐射被聚焦的焦点位置就是这个快速扫描太赫兹时域光谱系统的样品测量位置，在该位置之后，太赫兹辐射又经过另一太赫兹聚焦镜即第二太赫兹聚焦镜112聚焦后射入太赫兹探测器110上。
[0019]从上述本发明实施例提供的扫描太赫兹时域光谱的光学装置可知，在扫描太赫兹时域光谱的光学装置引入了快速延迟线以及与之配套的第二直角棱镜，快速延迟线接收到音圈电机控制器的控制信号后，在高速往复运动的同时将第二直角棱镜反射的探测光高速折返至第二直角棱镜的第二反射面。与现有技术电机步进式的扫描方式相比，本发明实施例提供的扫描太赫兹时域光谱的光学装置使得扫描太赫兹时域光谱的系统的光谱扫描速度大大提高，可以完成大批量的扫描作业，从而能够满足实际工业应用的需求。
[0020]本发明实施例的扫描太赫兹时域光谱的控制装置的结构图可参考附图2，主要包括电脑主机201、发射器控制器203、锁相放大器204以及与电脑主机201连接的慢速延迟电机控制器202。与现有技术提供的扫描太赫兹时域光谱的控制装置不同，本发明实施例提供的扫描太赫兹时域光谱的控制装置还包括与电脑主机201连接的音圈电机控制器205和数据采集卡206，其中，音圈电机控制器205用于在收到电脑主机201发送的指令后向快速延迟线发出控制信号以驱动快速延迟线中的音圈电机做高速往复运动，数据采集卡206用于高速采集太赫兹探测器生成的探测信号并经锁相放大器204放大而成的太赫兹信号后传输至电脑主机201。以下是关于附图2示例的扫描太赫兹时域光谱的控制装置更为详细的说明:
[0021]本发明实施例引入的音圈电机控制器205还用于接收音圈电机反馈的音圈电机运动位置反馈信号，数据采集卡206除了高速采集太赫兹探测器生成的探测信号并经锁相放大器204放大而成的太赫兹信号之外，与此同时还可以从音圈电机控制器205读取音圈电机运动位置反馈信号。在本实施例中，探测信号是由太赫兹探测器直接探测得到，探测信号被太赫兹探测器后，随即被传输到探测器控制器，再经由锁相放大器204的信号放大作用，最后才被数据采集卡206采集。现有的太赫兹时域光谱系统产生的探测信号，经其锁相放大器放大后，由数字输出端口经过RS232串口线将该探测信号传输至电脑主机。由于数字串口通讯协议的最大传输速率9600bps，其传输速率是kb/s的量级，因此，面对快速扫描太赫兹信号的超大数据量(约IMB量级)时，串口通信无法满足要求的。而本发明实施例提供的扫描太赫兹时域光谱的控制装置中采用的数据采集卡206，其数据采集速度可达到15MB/S以上，是串口通信传输速率的上千倍，能够满足高速数据采集的需要，与此同时，从数据采集卡206至电脑主机201的传输是PCI总线方式，其传输带宽可达到264MB/S，如此传输速率足以满足大批量的作业需求。通过音圈电机的高速往复运动和数据采集卡206的高速采集，实现了太赫兹时域光谱的快速扫描。
[0022]请参阅附图3，是本发明实施例提供的扫描太赫兹时域光谱的系统结构图。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图3示例的扫描太赫兹时域光谱的系统包括扫描太赫兹时域光谱的光学装置301和扫描太赫兹时域光谱的控制装置302，扫描太赫兹时域光谱的光学装置301是附图1示例的扫描太赫兹时域光谱的光学装置，扫描太赫兹时域光谱的控制装置302是附图2示例的扫描太赫兹时域光谱的控制装置，其中:
[0023]扫描太赫兹时域光谱的光学装置301主要包括飞秒激光器113、第二反射镜102、第三反射镜103、太赫兹发射器109、太赫兹探测器110、第一太赫兹聚焦镜111、第二太赫兹聚焦镜112、第一直角棱镜106、慢速延迟线105、用于将飞秒激光器113发出的激光束分成泵浦光和探测光的分束镜104和用于将探测光反射出去的第一反射镜101。与现有技术提供的太赫兹时域光谱系统不同，本发明实施例提供的扫描太赫兹时域光谱的光学装置301还包括第二直角棱镜107和快速延迟线108，该第二直角棱镜107包括第一反射面和与第一反射面垂直的第二反射面。第二直角棱镜107通过其第一反射面将第一反射镜101反射到第一反射面的探测光反射至快速延迟线108。快速延迟线108接收到音圈电机控制器205的控制信号后，在高速往复运动的同时将第二直角棱镜107反射的探测光高速折返至第二反射面。与此同时，第二直角棱镜107还用于通过其第二反射面将快速延迟线108折返至第二反射面的光束反射至第三反射镜103。第三反射镜103则将第二直角棱镜107的第二反射面反射的光束反射至太赫兹探测器110，以使该太赫兹探测器110生成探测信号。作为本发明一个实施例，快速延迟线108包括音圈电机和和装配在该音圈电机上的光束回返镜，其中，音圈电机作为快速延迟线108的运动装置，可在安培力的作用下搭载光束回返镜高速往复运动，而光束回返镜在音圈电机高速往复运动时将第二直角棱镜107的第二反射面反射的探测光高速折返至第二直角棱镜107。具体地，由于音圈电机是利用通电导体在磁场中受到安培力作用而运动的原理，其结构中没有传统电机的螺母和丝杆等结构，因此运动阻力非常小，从而能够实现搭载光束回返镜高速往复运动。在本发明实施例中，由于光束回返镜的反射面尺寸刚好能够满足光束回返的空间需求，最大程度地降低了光束回返镜及其安装夹持结构的重量，即减小音圈电机的负载，从而获得最高的音圈电机运动速度。同时在与快速延迟线108的配合上，采用了直角棱镜即第二直角棱镜107，以解决光束回返前后两光束的距离很短、没有足够空间放置两个反射镜的问题，并且使用一个直角棱镜(第二直角棱镜107)比使用两个反射镜更易调整。另外，在扫描一个太赫兹时域光谱时，音圈电机处于连续无停顿的运动状态，即在扫描一个太赫兹时域光谱的期间快速延迟线108不间断进行高速往复运动，相比于传统的慢速延迟线步进停顿的运动状态，本发明实施例提供的扫描太赫兹时域光谱的光学装置301大大节省了扫描时间。
[0024]扫描太赫兹时域光谱的控制装置302主要包括电脑主机201、与慢速延迟线105连接的慢速延迟电机控制器202、与太赫兹发射器109连接的发射器控制器203、与太赫兹探测器110连接的锁相放大器204，慢速延迟电机控制器202、发射器控制器203和锁相放大器204均与电脑主机201连接。与现有技术提供的太赫兹时域光谱系统不同，本发明实施例提供的扫描太赫兹时域光谱的控制装置302还包括与快速延迟线108连接的音圈电机控制器205、与锁相放大器204连接的数据采集卡206，音圈电机控制器205和数据采集卡206均与电脑主机201连接，其中，音圈电机控制器205用于在收到电脑主机201发送的指令后向快速延迟线108发出控制信号以驱动快速延迟线108中的音圈电机做高速往复运动，数据采集卡206用于高速采集太赫兹探测器110生成的探测信号并经锁相放大器204放大而成的太赫兹信号后传输至电脑主机201。附图3示例的扫描太赫兹时域光谱的控制装置302中，音圈电机控制器205还用于接收音圈电机反馈的音圈电机运动位置反馈信号，数据采集卡206除了高速采集太赫兹探测器110生成的探测信号并经锁相放大器204放大而成的太赫兹信号之外，与此同时还可以从音圈电机控制器205读取音圈电机运动位置反馈信号。
[0025]需要说明的是，考虑到快速延迟线108中的音圈电机的运动行程通常较短，在光路调整时有可能无法在音圈电机的行程范围内找到信号，或者在样品测试时音圈电机的行程范围不够补偿样品厚度造成的光程改变，因此，在附图1、附图2或附图3示例的扫描太赫兹时域光谱的光学装置中，保留慢速延迟线105及其慢速的扫描功能在某些情况下还是有其必要性。在扫描太赫兹时域光谱的光学装置中保留慢速延迟线105，意味着附图3示例的扫描太赫兹时域光谱的系统具有两种扫描模式即慢速扫描模式和快速扫描模式，其中，在慢速扫描模式下，用户通过电脑主机201发出光谱扫描指令时，电脑主机201向慢速延迟线控制器202和锁相放大器204发出指令，慢速延迟电机控制器202驱动慢速延迟线105运动以扫描时域信号，锁相放大器204将斩波参考信号发送给发射器控制器203,发射器控制器203以斩波参考信号为周期对太赫兹发射器109施加周期性电压以调制太赫兹辐射，太赫兹探测器110检测到周期性的太赫兹信号后，将信号传输给锁相放大器204进行信号放大，再用RS232串口线将数据传输至电脑主机201，同时慢速延迟电机控制器202也将慢速延迟线105的电机位置数据反馈给电脑主机201，慢速延迟线105每步进一个步长，电脑主机201就得到慢速延迟线105的一个位置反馈和一个放大后的太赫兹探测信号，将所得到的信号依次排列起来后，就得到了太赫兹时域光谱。在快速扫描模式下，用户通过电脑主机201发出光谱扫描指令时，电脑主机201向音圈电机控制器205、锁相放大器204和数据米集卡206发出指令,音圈电机控制器205驱动音圈电机运动以扫描时域信号，锁相放大器204将斩波参考信号发送给发射器控制器203，发射器控制器203以斩波参考信号为周期对太赫兹发射器109施加周期性电压以调制太赫兹辐射，太赫兹探测器110检测到周期性的太赫兹信号后，将信号传输给锁相放大器204进行信号放大，然后数据采集卡206采集被锁相放大器204放大的太赫兹信号，将模拟信号转换为数字信号，再通过PCI总线将数据传输给电脑主机201，同时数据采集卡204也采集了音圈电机控制器205的音圈电机运动位置反馈信号。在扫描一个太赫兹时域光谱时，音圈电机进行一个行程的不停顿连续运动，数据采集卡206在音圈电机运动的同时以用户设定的采样速率从锁相放大器204采集太赫兹信号，从音圈电机控制器205米集音圈电机位置反馈信号,两个信号在传输给电脑主机201后，将所得信号依次排列起来后，就得到了太赫兹时域光谱。
[0026]以上对本发明实施例所提供的一种扫描太赫兹时域光谱的光学装置、控制装置和系统，以提高太赫兹光谱的扫描速度进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种扫描太赫兹时域光谱的光学装置，包括飞秒激光器、第二反射镜、第三反射镜、太赫兹发射器、太赫兹探测器、第一太赫兹聚焦镜、第二太赫兹聚焦镜、第一直角棱镜、慢速延迟线、用于将所述飞秒激光器发出的激光束分成泵浦光和探测光的分束镜和用于将所述探测光反射出去的第一反射镜，其特征在于，所述光学装置还包括第二直角棱镜和快速延迟线，所述第二直角棱镜包括第一反射面和与所述第一反射面垂直的第二反射面； 所述第二直角棱镜，用于通过所述第一反射面将所述第一反射镜反射到所述第一反射面的探测光反射至所述快速延迟线； 所述快速延迟线，用于接收到音圈电机控制器的控制信号后，在高速往复运动的同时将所述第二直角棱镜反射的探测光高速折返至所述第二反射面； 所述第二直角棱镜还用于通过所述第二反射面将所述快速延迟线折返至所述第二反射面的光束反射至所述第三反射镜； 所述第三反射镜，用于将所述第二反射面反射的光束反射至所述太赫兹探测器，以使所述太赫兹探测器生成探测信号。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述快速延迟线包括音圈电机和装配在所述音圈电机上的光束回返镜； 所述音圈电机，用于在安培力的作用下搭载所述光束回返镜高速往复运动； 所述光束回返镜，用于在所述音圈电机高速往复运动时将所述第二反射面反射的探测光高速折返至所述第二直角棱镜。
3.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述光束回返镜的反射面尺寸满足所述探测光回返的空间需求。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的光学装置,其特征在于,在扫描一个太赫兹时域光谱的期间所述快速延迟线不间断进行所述高速往复运动。
5.一种扫描太赫兹时域光谱的控制装置，所述控制装置包括电脑主机、发射器控制器、锁相放大器以及与所述电脑主机连接的慢速延迟电机控制器，其特征在于，所述控制装置还包括与所述电脑主机连接的音圈电机控制器和数据采集卡； 所述音圈电机控制器，用于在收到所述电脑主机发送的指令后向快速延迟线发出控制信号以驱动所述快速延迟线中的音圈电机做高速往复运动； 所述数据采集卡，用于高速采集太赫兹探测器生成的探测信号并经所述锁相放大器放大而成的太赫兹信号后传输至所述电脑主机。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述音圈电机控制器还用于接收所述音圈电机反馈的音圈电机运动位置反馈信号，所述数据采集卡还用于从所述音圈电机控制器读取所述音圈电机运动位置反馈信号。
7.根据权利要求5或6所述的控制装置，其特征在于，所述所述数据采集卡用于将所述锁相放大器放大的太赫兹信号转换为数字信号后通过PCI总线传输至所述电脑主机。
8.一种扫描太赫兹时域光谱的系统，所述系统包括扫描太赫兹时域光谱的光学装置和扫描太赫兹时域光谱的控制装置； 所述扫描太赫兹时域光谱的光学装置包括秒激光器、第二反射镜、第三反射镜、太赫兹发射器、太赫兹探测器、第一太赫兹聚焦镜、第二太赫兹聚焦镜、第一直角棱镜、慢速延迟线、用于将所述飞秒激光器发出的激光束分成泵浦光和探测光的分束镜和用于将所述探测光反射出去的第一反射镜，其特征在于，所述光学装置还包括第二直角棱镜和快速延迟线，所述第二直角棱镜包括第一反射面和与所述第一反射面垂直的第二反射面； 所述第二直角棱镜，用于通过所述第一反射面将所述第一反射镜反射到所述第一反射面的探测光反射至所述快速延迟线； 所述快速延迟线，用于接收到音圈电机控制器的控制信号后，在高速往复运动的同时将所述第二直角棱镜反射的探测光高速折返至所述第二反射面； 所述第二直角棱镜还用于通过所述第二反射面将所述快速延迟线折返至所述第二反射面的光束反射至所述第三反射镜； 所述第三反射镜，用于将所述第二反射面反射的光束反射至所述太赫兹探测器，以使所述太赫兹探测器生成探测信号； 所述扫描太赫兹时域光谱的控制装置包括电脑主机、与所述慢速延迟线连接的慢速延迟电机控制器、与所述太赫兹发射器连接的发射器控制器、与所述太赫兹探测器连接的锁相放大器，所述慢速延迟电机控制器、发射器控制器和锁相放大器均与所述电脑主机连接，其特征在于，所述控制装置还包括与所述快速延迟线连接的音圈电机控制器、与所述锁相放大器连接的数据采集卡，所述音圈电机控制器和数据采集卡均与所述电脑主机连接；所述音圈电机控制器，用于在收到所述电脑主机发送的指令后向快速延迟线发出控制信号以驱动所述快速延迟线中的音圈电机做高速往复运动； 所述数据采集卡，用于高速采集太赫兹探测器生成的探测信号并经所述锁相放大器放大而成的太赫兹信号后传输至所述电脑主机。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述快速延迟线包括音圈电机和装配在所述音圈电机上的光束回返镜； 所述音圈电机，用于在安培力的作用下搭载所述光束回返镜高速往复运动； 所述光束回返镜，用于在所述音圈电机高速往复运动时将所述第二反射面反射的探测光高速折返至所述第二直角棱镜。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，在扫描一个太赫兹时域光谱的期间所述快速延迟线不间断进行所述高速往复运动，所述音圈电机控制器还用于接收所述音圈电机反馈的音圈电机运动位置反馈信号，所述数据采集卡还用于从所述音圈电机控制器读取所述音圈电机运动位置反馈信号。
【文档编号】G01N21/01GK104345031SQ201310331280
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】鲁远甫, 吕建成, 冯广智, 焦国华, 刘文权, 吴国俊, 李小刚, 白龙, 姜永涛, 罗阿郁 申请人:深圳先进技术研究院