一种太赫兹时域偏振检测装置和方法

技术领域

本发明涉及目标偏振特性检测技术领域，更具体的说是涉及一种太赫兹时域偏振检测方法和装置。

背景技术

太赫兹波是指频率0.1—10THz(1THz＝1012Hz)范围内的电磁辐射,在电磁波谱中位于微波和红外之间，具有高透视性、高安全性、高光谱分辨率等独特的性质。

对太赫兹波而言，偏振信息极为重要，尤其对于双折射晶体以及手性的材料的检测。研究与发展精度高、动态范围大的太赫兹透射时域偏振检测系统，有助于得到更加完备的电场与物质相互作用的信息，对进一步研究太赫兹和物质相互作用机理以及对太赫兹技术的应用前景有着重要的意义。

目前，传统的太赫兹偏振探测技术主要依靠线性偏振的探测方式，即只响应某一固定方向的太赫兹分量。严重牵制了太赫兹偏振检测效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种太赫兹时域偏振检测装置和方法，旨在解决现有的太赫兹偏振检测方式效率低下的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明公开了一种太赫兹时域偏振检测装置，包括偏振分光棱镜、反射镜组件、分光棱镜以及太赫兹探测器；其中，

所述偏振分光棱镜，用于分离太赫兹波，得到第一偏振分量和第二偏振分量；

所述第一偏振分量经分光棱镜和待测样品后透射至太赫兹探测器；所述第二偏振分量经反射镜组件和分光棱镜共同反射至待测样品，而后透射至太赫兹探测器。

为进一步优化上述技术方案，所述第一偏振分量和第二偏振分量互相垂直。

为进一步优化上述技术方案，所述反射镜组件包括第一反射镜和第二反射镜，用于将第二偏振分量反射至分光棱镜。

为进一步优化上述技术方案，所述第一偏振分量和第二偏振分量传输路径中分别布设有光开关，用于对光路进行独立控制。

为进一步优化上述技术方案，所述分光棱镜和所述太赫兹探测器之间设有偏振片，用于规范入射的太赫兹电场偏振方向。

为进一步优化上述技术方案，检测过程包括：

空置样片放置区，获取第一和第二偏振分量的太赫兹脉冲信息，作为基准数据；

测试时，分别获取样品在第一和第二偏振分量下的太赫兹脉冲信息，结合所述基准数据，得到所述样品在不同偏振方向的太赫兹偏振特性。

另一方面，本发明公开了一种太赫兹时域偏振检测方法，包括如下步骤：

分离太赫兹波，得到第一偏振分量和第二偏振分量；

调整第一和第二偏振分量的光路方向，分别控制第一和第二偏振分量入射至待测样品；

接收经待测样品的分量信号，根据所述分量信号，获得所述样品在不同偏振方向的太赫兹偏振特性。

经由上述的技术方案可知，本发明公开提供了一种太赫兹时域偏振检测装置和方法，使太赫兹脉冲依次经过偏振分光棱镜、光开关、反射镜、分光棱镜、被测样品、偏振片以及太赫兹探测器，从而实现探测脉冲对所述携带待测样品偏振信息的太赫兹脉冲的探测。

由于光路引入了偏振棱镜和光开关，因此只需经过一次时间扫描，便可获得待测样本在不同偏振方向的太赫兹波形，计算出透射太赫兹时域偏振态的全部信息，本方法大大提高了检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的太赫兹时域偏振检测装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例首先公开了一种太赫兹时域偏振检测装置。

装置包括偏振分光棱镜PBS、反射镜组件OM、分光棱镜BS以及太赫兹探测器TD；其中，

所述偏振分光棱镜PBS，用于分离太赫兹波，得到第一偏振分量和第二偏振分量；本实施例中，第一偏振分量和第二偏振分量互相垂直；可选的，第一偏振分量为水平偏振太赫兹分量，第二偏振分量为垂直偏振太赫兹分量；且二者传输路径分别为光路I和光路II。

进一步，第一偏振分量通过光路I依次经分光棱镜BS和待测样品后透射至太赫兹探测器TD；第二偏振分量通过光路II经反射镜组件OM和分光棱镜BS共同反射至待测样品，而后透射至太赫兹探测器TD。

太赫兹探测器TD，用于接收已偏振分束的带有样品信息的两个太赫兹分量，获得待测样本在不同偏振方向的太赫兹波形，生成太赫兹时域分量脉冲的测量数据，以便基于太赫兹分量脉冲数据解析出太赫兹偏振态的振幅与相位信息，从而得到所述样品的偏振特性。

为优化上述技术方案本实施例中，反射镜组件OM包括第一反射镜OM1和第二反射镜OM2，用于改变已产生水平偏振的太赫兹分量的方向即第二偏振分量反射至分光棱镜BS。

作为优选，第一偏振分量和第二偏振分量传输路径中分别布设有光开关，具体包括第一光开关OS1和第二光开关OS2，用于对光路进行独立控制，实现光传输路线的切换以及不同偏振方向的检测，即控制太赫兹分量，生成不同太赫兹分量时域电场的信号光。

本发明中，分光棱镜BS具有特定的摆放方式，能够同时改变光路I的光线以及传播光路II的光线，并且通过所述检测样品得到不同偏振方向的携带待测样本偏振信息的太赫兹脉冲。

此外，分光棱镜BS和所述太赫兹探测器TD之间设有偏振片P，用于规范入射的太赫兹电场偏振方向。不论是利用天线或是非线性晶体进行探测，探测效率都依赖于被测电场的偏振方向。经过偏振片P之后所有不同方向偏振的被测电场都投影到相同方向，这样保证了相同的探测效率，方便数据之间进行对比及进一步处理。

本发明中太赫兹时域偏振检测装置的检测过程及原理为：

空置样品放置区，获取第一和第二偏振分量的太赫兹脉冲信息，作为基准数据；

具体的，将的待测样品Sample放置区域内空置,在没有所述待测样品插入光路的情况下,测量得到不含所述待测样品偏振信息的被测样品测量数据(基准数据)，以便基于所述基准数据得到所述待测样本的偏振特性；

此处基准数据为了判断所采用的入射太赫兹脉冲经光学系统后是否得到互相垂直的偏振光波。因此，在测量基准数据时，所采用的入射太赫兹脉冲、以及其他光学元件的角度、大小等特性与测量被测样品时的太赫兹脉冲、以及其他光学元件的角度、大小等特性设置相同。

测试时，分别获取样品在第一和第二偏振分量下的太赫兹脉冲信息，结合所述基准数据，得到所述样品的在不同偏振方向的太赫兹偏振特性。

本实施例提出的新型太赫兹时域偏振检测装置，包括偏振分光棱镜PBS、分光棱镜BS、偏振片P、反射镜组件OM、两个光开关以及一个太赫兹探测器TD。太赫兹脉冲依次经过偏振分光棱镜PBS、光开关OS、反射镜组件OM、分光棱镜BS、被测样品、偏振片P以及太赫兹探测器TD，以实现探测脉冲对所述携带待测样品偏振信息的太赫兹脉冲的探测。

当待测样品Sample放置区域内空置时，分别测量开关OS1开OS2关以及OS1关OS2开时太赫兹波形，判断入射太赫兹波是否垂直以及记录水平偏振和垂直偏振的太赫兹脉冲信息；

当待测样品Sample放置区域内放置被测样品时，分别测量开关OS1开OS2关以及OS1关OS2开时太赫兹波形，记录水平偏振和垂直偏振的太赫兹脉冲信息，结合待测样品Sample放置区域内空置时得到的太赫兹波形，计算出透射太赫兹时域偏振态的全部信息。

通过光开关OS，分别获得带有被测样品信息的水平偏振和垂直偏振的太赫兹脉冲信息。由于光路引入了偏振棱镜PBS和光开关OS，因此只需经过一次时间扫描，便可获得待测样本在不同偏振方向的太赫兹波形，计算出透射太赫兹时域偏振态的全部信息，本方法大大提高了检测效率。

另一种实施例中，本发明公开了一种太赫兹时域偏振检测方法，包括如下步骤：

分离太赫兹波，得到第一偏振分量和第二偏振分量；

调整第一和第二偏振分量的光路方向，分别控制第一和第二偏振分量入射至待测样品；

接收经待测样品的分量信号，根据所述分量信号，获得所述样品的在不同偏振方向的太赫兹偏振特性。

需要说明的是，本发明可以分离多个偏振分量，即偏振分量的数量不受2个的限制，在可实现的情况下，可分离多个偏振分量，以同时获得更多不同方向的偏振特性数据，进一步提高检测效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。