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摘要
太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是一种非常有效的相干光谱探测技术,被广泛应用于材料特性分析、爆炸物探测、医学诊断以及气体检测等众多领域。传统THz-TDS系统采用钛宝石飞秒激光器作为光源,体积大、成本高,限制了THz-TDS的大规模应用。光纤激光技术近年来发展迅速,光纤飞秒激光器近年来已实现商用,尤其是掺铒光纤飞秒激光器,具有成本低、体积小、稳定性好等优点。采用全光纤的设计方案, THz-TDS系统可设计的非常紧凑和灵活,同时由于飞秒激光在光纤中传输,大大提高了系统的抗环境干扰能力,在工业和现场测量方面具有巨大的应用潜力。但另一方面,由于色散展宽、偏振方向不匹配等效应的影响,会对THz-TDS系统的性能造成严重影响,需要在系统设计时充分考虑。本文设计研制了光纤型THz-TDS系统,对光学、电学和软件三个子系统分别进行了简要介绍。通过插入色散补偿光纤进行色散管理实现了飞秒脉冲宽度的控制,使得到达太赫兹光电导天线的飞秒脉冲宽度保持在50 fs左右,从而消除了因飞秒脉冲展宽导致的太赫兹时域脉冲展宽。通过对飞秒激光偏振态的精确控制,使泵浦激光和探测激光偏振方向与保偏光纤的快轴或慢轴保持平行,避免飞秒脉冲同时沿快慢轴传输导致到达太赫兹天线的时间存在先后,从而消除了太赫兹时域脉冲的分裂现象,获得了信噪比优于12 000的单脉冲太赫兹时域波形。采用变角度光路结构设计,实现了太赫兹透、反射光谱测量的便捷切换,以及变角度太赫兹光谱的测量,给THz-TDS系统的应用带来了很大的方便。
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