基于電光采樣的THz自動平衡探測系統(tǒng)研究.pdf

1、近幾十年來，隨著超快激光技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，使得THz技術(shù)得以飛速的發(fā)展。太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)(THz-TDS)是一種寬帶THz脈沖的相干測量技術(shù)，是研究THz成像、THz與物質(zhì)相互作用的重要手段。它以相干THz電磁輻射脈沖作為探測源，利用電光取樣或光電導(dǎo)取樣的方法直接記錄THz輻射場的振幅時(shí)間波形，通過傅立葉變換得到測量信號振幅和頻譜分布，進(jìn)而獲得材料在THz波段的復(fù)折射率，即色散及吸收信息等，實(shí)現(xiàn)對樣品材料的檢測。THz時(shí)域光

2、譜技術(shù)作為一種非接觸測量技術(shù)，不僅信噪比高，還能夠迅速地對測量樣品成分的微細(xì)變化做出分析和鑒別，其靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)紅外光譜技術(shù)，使得這一技術(shù)在很多基礎(chǔ)研究、通信、天文、醫(yī)學(xué)、無損檢測、安全檢測等領(lǐng)域有重大的科學(xué)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。本課題以THz-TDS技術(shù)理論為基礎(chǔ)，采用線性電光效應(yīng)耦合波理論，結(jié)合電子技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種簡便的基于電光采樣的THz自動平衡探測系統(tǒng)，解決了THz-TDS中平衡探測過程的繁瑣手動調(diào)節(jié)問題。
　　本

3、課題主要從以下三個方面展開研究:
　　一、研究了THz-TDS中有關(guān)THz產(chǎn)生和探測相關(guān)原理，重點(diǎn)對THz-TDS中平衡探測部分的結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行了分析，提出了將一種新的線性電光效應(yīng)耦合波理論應(yīng)用到THz平衡探測過程中，并建立了一套新的THz平衡探測系統(tǒng)的理論方案。
　　二、根據(jù)線性電光效應(yīng)耦合波理論，建立了一套基于單片機(jī)MSP430F1222控制的自動平衡探測系統(tǒng)。完成了PIN光電二極管差分探測電路和前置放大電路的設(shè)計(jì)，并通

4、過實(shí)驗(yàn)測試選用具有相同光電響應(yīng)靈敏度的高性能PIN光電二極管，有效的實(shí)現(xiàn)了對探測信號的放大輸出和噪聲抑制。同時(shí)對平衡探測系統(tǒng)中電機(jī)控制部分作了詳細(xì)研究，引入了一種新的電機(jī)控制原理——H橋電機(jī)驅(qū)動控制原理，利用這一原理設(shè)計(jì)了一種基于L298N芯片的電機(jī)驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)的精準(zhǔn)控制。
　　三、根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)后電路選取了相應(yīng)參數(shù)的元器件，完成了平衡探測系統(tǒng)電路部分的制作，分別對系統(tǒng)各部分的電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試與改進(jìn)，最后，對改進(jìn)后的自動