基于螺旋面反射鏡延遲線的實(shí)時(shí)顯示THz-TDS系統(tǒng).pdf

1、THz波技術(shù)已經(jīng)成為科學(xué)研究的新的強(qiáng)有力的方法，尤其是THz成像和THz波譜學(xué)在物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、天文學(xué)、材料科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等方面有著極其重要的應(yīng)用。THz脈沖信號(hào)的測(cè)量速度是限制快速THz脈沖成像和快速THz時(shí)域頻譜分析應(yīng)用的主要屏障，因而研究實(shí)時(shí)顯示THz-TDS系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本論文以實(shí)時(shí)顯示THz-TDS系統(tǒng)為研究目標(biāo)，以快速掃描光學(xué)延遲線的實(shí)現(xiàn)為研究重點(diǎn)，進(jìn)行了實(shí)時(shí)顯示THz-TDS系統(tǒng)的研究。
　　 建

2、立了回轉(zhuǎn)螺旋面的微分幾何模型，首次從理論上全面分析了作為光學(xué)延遲線器件的回轉(zhuǎn)螺旋面反射鏡的導(dǎo)程、工作半徑、母線傾斜角度及入射光光斑半徑對(duì)光束的發(fā)散特性和對(duì)光束脈沖前的空間畸變影響，并通過引入傾斜拋物型母線回轉(zhuǎn)螺旋面優(yōu)化了對(duì)光束脈沖前的畸變影響；首次提出利用傾斜拋物型母線回轉(zhuǎn)螺旋面反射鏡實(shí)現(xiàn)全反射式周期性掃描光學(xué)延遲線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們的方案比傳統(tǒng)的單次反射式結(jié)構(gòu)增大了一倍延遲量，同時(shí)消除了單次反射式延遲線在掃描過程中由于光束平移所引入的延

3、遲誤差；提出了利用減小入射光束光斑半徑來減小這種光學(xué)延遲線對(duì)光束的發(fā)散影響和對(duì)脈沖前的畸變影響。
　　 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于傾斜拋物型母線回轉(zhuǎn)螺旋面反射鏡的全反射式周期性掃描光學(xué)延遲線，并利用實(shí)驗(yàn)室自行搭建的Ti：sapphire飛秒激光器搭建了一套非共線二次諧波產(chǎn)生自相關(guān)儀。該裝置的實(shí)際測(cè)量誤差小于回轉(zhuǎn)螺旋面反射鏡導(dǎo)致的脈沖前畸變引起的脈沖展寬的理論值。實(shí)驗(yàn)證明了我們研制的周期性掃描光學(xué)延遲線的延遲量長(zhǎng)達(dá)100ps，并比較了入射光

4、束光斑半徑對(duì)測(cè)量精度的影響。
　　 利用基于步進(jìn)電機(jī)控制的光學(xué)背向反射器構(gòu)成的周期性掃描光學(xué)延遲線和實(shí)驗(yàn)室自行搭建的Ti：sapphire飛秒激光器搭建了基于單塊ZnTe晶體的實(shí)時(shí)顯示THz-TDS系統(tǒng)。采用對(duì)多次THz脈沖信號(hào)取平均來消除噪聲的辦法，實(shí)現(xiàn)了超快THz脈沖信號(hào)的低噪聲實(shí)時(shí)顯示。為回轉(zhuǎn)螺旋面反射鏡作為周期性掃描光學(xué)延遲線的實(shí)時(shí)顯示THz-TDS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。最后設(shè)計(jì)了由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的改進(jìn)型回轉(zhuǎn)螺旋面反射鏡作