太赫茲時域光譜品質(zhì)影響因素及改進研究.pdf

1、太赫茲時域光譜技術(shù)是進行太赫茲波段下光譜研究的有效工具，它的出現(xiàn)解決了太赫茲波段下無法產(chǎn)生寬帶輻射源的難題，使得光譜學(xué)上存在的太赫茲斷層得以填補。隨著這項技術(shù)的發(fā)展，對太赫茲波段下物質(zhì)特性的研究也逐步拓展到以生物、化學(xué)、醫(yī)藥、安檢為代表的各個領(lǐng)域。太赫茲時域光譜技術(shù)實用化已經(jīng)成為當(dāng)前太赫茲技術(shù)的一個主要發(fā)展方向之一。本論文圍繞這一技術(shù)，首先探討研究了作為衡量儀器性能的太赫茲時域光譜儀主要參數(shù)指標(biāo)的規(guī)范定義問題。在此基礎(chǔ)上，以定義的標(biāo)準(zhǔn)參

2、數(shù)為信號品質(zhì)衡量標(biāo)準(zhǔn)，通過實驗，系統(tǒng)地研究分析了太赫茲信號產(chǎn)生、探測、傳輸和處理過程中的影響因素，以及這些影響因素對最終信號品質(zhì)帶來的影響關(guān)系。利用分析得到的最優(yōu)配置參數(shù)對太赫茲信號的采集處理環(huán)節(jié)進行了改進，極大提高了硬件利用率和有效信息的提取率。最后，用改進后的系統(tǒng)對三聚氰胺粉末進行測試，得到了已往太赫茲時域光譜實驗沒有報道過的新的吸收譜線。
　　課題的研究內(nèi)容和成果可以歸納為以下7個方面：
　　1.討論了目前對太赫茲脈沖

3、時域光譜技術(shù)的三個主要性能參數(shù)定義的規(guī)范問題；為頻譜分辨精度的評估提出了新方法；對于頻譜范圍，提出了以噪聲限為基準(zhǔn)和頻譜最大值為基準(zhǔn)兩種定義原則。對于信噪比參數(shù)，提出了標(biāo)準(zhǔn)信噪比的概念，可以將不同的系統(tǒng)性能進行統(tǒng)一量化評價。是太赫茲儀器標(biāo)準(zhǔn)化研究十分必要的工作
　　2.采用電流瞬沖模型，分析了用飛秒脈沖激光激發(fā)光電導(dǎo)天線產(chǎn)生和探測太赫茲時域脈沖信號環(huán)節(jié)存在的影響信號品質(zhì)的因素，即環(huán)境常數(shù)、光電導(dǎo)天線結(jié)構(gòu)參數(shù)、飛秒脈沖激光的功率和激

4、發(fā)天線兩級間偏置電壓，并對其中飛秒激光功率和偏置電壓這兩個重要的因素進行了進一步的實驗研究。通過實驗，分析找到了針對于天津大學(xué)太赫茲中心現(xiàn)有的太赫茲時域光譜系統(tǒng)，在飛秒脈沖激光功率值和激發(fā)天線兩級間偏置電壓值的最優(yōu)參數(shù)配置，大大優(yōu)化了該系統(tǒng)的性能。
　　3.針對以相關(guān)器模型為基礎(chǔ)的鎖相放大技術(shù)原理，分析了太赫茲時域信號傳輸環(huán)節(jié)存在的影響信號品質(zhì)的因素，即斬波器的頻率與放置位置和鎖相放大器的低通時間常數(shù)，并進行了進一步實驗研究。以此

5、，從實驗結(jié)果中找到了針對于天津大學(xué)太赫茲中心現(xiàn)有的太赫茲時域光譜系統(tǒng)，在斬波器的頻率與放置位置和鎖相放大器的低通時間常數(shù)方面的最優(yōu)參數(shù)配置。
　　4.分析比較了2個不同實驗室的太赫茲光譜系統(tǒng)的控制、信號的采集、數(shù)據(jù)處理的計算機軟件P1和P2的流程和數(shù)據(jù)處理形式，發(fā)現(xiàn)了兩種不同流程的優(yōu)缺點。如軟件P1相對于P2流程，P1流程的優(yōu)點是硬件利用率高，缺點是單數(shù)據(jù)點采集時間長。我們結(jié)合了軟件P1和軟件程序P2的優(yōu)點，編寫了新的系統(tǒng)軟件，完

6、成了對流程和數(shù)據(jù)保存格式的優(yōu)化改進，并通過實驗驗證了其合理性。
　　5.以較優(yōu)配置參數(shù)自行設(shè)計了CD552鎖相放大電路，代替了原有的以商業(yè)化鎖相放大器SR830為核心的太赫茲信號采集環(huán)節(jié)。該技術(shù)已獲得了技術(shù)專利，大大提高了系統(tǒng)硬件的集成化、小型化的水平。對于上位機控制和數(shù)據(jù)處理程序也進行了進一步改進。
　　6.兼顧不同層次使用者應(yīng)用的需要，對系統(tǒng)控制和處理程序的進行了改進，完成了分頁面顯示的設(shè)計；增加的光譜特性計算程序；使現(xiàn)

7、有的太赫茲光譜軟件更具實用性，顯示界面更為人性化。
　　7.應(yīng)用改進后的太赫茲時域光譜系統(tǒng)，對三聚氰胺粉末樣品進行了光譜探測實驗。在太赫茲波段得到了2.00、2.25、2.60THz處三個特征吸收峰。其中，前兩個吸收峰為其他太赫茲研究者已報道過的，但2.60THz處的第三個峰，在我們之前是未見報道過的。2.60THz處的特征峰，我們用量子化學(xué)振動轉(zhuǎn)動譜軟件模擬證明了，三聚氰胺確實存在這一本質(zhì)特征。同時，理論模擬結(jié)果也預(yù)示出現(xiàn)有的實