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Mesaphotonics-ODL-太赫兹波检测技术-中的应用

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Mesaphotonics-ODL-太赫兹波检测技术-中的应用 太赫兹(Terahertz, THz)波是指频率在0.1~10THz的电磁波,其特点介于红外光波和微波之间。以前由于产生和检测手段有限而发展缓慢,近十几年来由于激光技术发展,THz也随之得到了蓬勃地发展和越来越广泛的应用。由于其波段的特殊,THz在生物、医药、安检、中医学领域有着很多独特的应用,在这些应用领域中,THz时域光谱技术(THz-TDS)是研究材料或者生物样本的THz光谱特性的最重要手段。THz-TDS是利用相干探测技术,同时获得样品反射(投射)的THz光的振幅和相位信息,再分析其频谱特性的THz成像方法。 而快速光学延迟线则是本系统实现快速扫描时域光谱的核心部件。

 

基于音圈电机的快速光学延迟线

传统光学延迟线通常是利用电机通过同步带、螺杆或滚珠丝杠转换等间接传动实现电动平移台的运动。这种机械传动存在着运动阻力较大、响应较慢且滞后等不足之处,因而限制其扫描速度的进一步提高。而Mesa Photonics生产的光学延迟线(ODL)是一款基于先进的音圈电机、通过软件控制光路变化、实现空间光时延的装置。先进的音圈技术能够实现高速的往复运动,具有直接传动无滞后、高响应、高加速度、高速度、在理论上有无限分辨率、体积小且力特性好、控制方便等一系列优点。音圈直线电机被广泛应用于光学、微电子及测量领域的光学扫描、定位、瞄准、跟踪和稳定,可对透镜或反射镜进行精密的运动控制。

Mesaphotonics-ODL-太赫兹波检测技术-中的应用

Mesa Photonics的光学延迟线ODL提供一个精度、速度与光学稳定性的优越性价比方案。非常适合应用于泵浦探测,自相关测量,超短激光脉冲测量(干涉与强度方法)。先进的音圈技术使ODL具有150纳米的精度。双向传输光程分辨率为1飞秒。响应时间可短至1毫秒。我们1厘米量程的ODL干涉方面非常稳定(使用650nm激光器测试)。没有机械回程齿隙,没有回滞效应,没有步进电机的传动磨损,使用方便。 数据输入与输出允许主/次时钟计时。Windows独立的程序可使您时刻掌握运行状态。

使用模拟输入,通过I/O口直接把波形的+、-信号接线接入设备中,从而对音圈马达进行波形调制。在太赫兹波检测的开发中非常方便。

 

Mesaphotonics-ODL-太赫兹波检测技术-中的应用 1

 

THz-TDS 系统的工作原理图 

快速延迟线是THz-TDS 系统实现快速扫描时域光谱的核心部件。

THz-TDS 系统是利用激光器射出的飞秒激光产生THz光波的,其系统的结构如图1所示。首先飞秒激光经过分光镜分为两束,一束光射入InAs,产生THz波,经过4个面镜聚焦到探测晶体ZnTe。另外一束飞秒激光也是经过一些列反射折射过程,并经过延迟线倒带探测晶体上,最终利用转化为探测晶体的电信号。

由于飞秒激光的频率远远高于THz的频率,可以认为,在第二束飞秒激光到探测晶体的时候,对此时的THz信号进行探测。但由于延迟线可以控制探测束飞秒激光的光程,因此,可以让探测的时间点和产生的THz信号的时间起点有一定的时间差,通过不断地改变这个时间差(光程差),可以探测到不同时间点的THz信号。由于飞秒激光是连续不断地发射,每一次飞秒激光的发生都会得到一个探测信号,通过若干次地改变延迟线的长度,进而改变对透射(反射)THz信号的探测时间点,最终就可以得到一个完整的透射(反射)THz信号的强度随时间变化的图谱,也就是THz-TDS结果。

 

THz-TDS系统结构原理图: