基于螺旋面反射鏡延遲線的實時顯示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脈沖信號的測量速度是限制快速THz脈沖成像和快速THz時域頻譜分析應(yīng)用的主要屏障，因而研究實時顯示THz-TDS系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用價值。本論文以實時顯示THz-TDS系統(tǒng)為研究目標，以快速掃描光學(xué)延遲線的實現(xiàn)為研究重點，進行了實時顯示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光束的發(fā)散特性和對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，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)延遲線對光束的發(fā)散影響和對脈沖前的畸變影響。
　　 設(shè)計并實現(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，并利用實驗室自行搭建的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。該裝置的實際測量誤差小于回轉(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。實驗證明了我們研制的周期性掃描光學(xué)延遲線的延遲量長達100ps，并比較了入射光

4、束光斑半徑對測量精度的影響。
　　 利用基于步進電機控制的光學(xué)背向反射器構(gòu)成的周期性掃描光學(xué)延遲線和實驗室自行搭建的Ti：sapphire飛秒激光器搭建了基于單塊ZnTe晶體的實時顯示THz-TDS系統(tǒng)。采用對多次THz脈沖信號取平均來消除噪聲的辦法，實現(xiàn)了超快THz脈沖信號的低噪聲實時顯示。為回轉(zhuǎn)螺旋面反射鏡作為周期性掃描光學(xué)延遲線的實時顯示THz-TDS系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。最后設(shè)計了由伺服電機驅(qū)動的改進型回轉(zhuǎn)螺旋面反射鏡作