太赫兹光梳光谱高速数据采集系统设计

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太赫兹波是指100GHz到20THz之间的电磁波。这一频段由于缺少相应的技术手段,研究进展缓慢而被称为“太赫兹间隙”。随着超快光学和半导体技术的发展,有关太赫兹产生和接收的大部分技术困难已经得到解决,太赫兹技术得到迅速发展和广泛应用。与傅里叶变换光谱(FTS)技术不同,太赫兹时域光谱系统不使用克拉默斯-克罗尼格(Kramers-Kr(?)nig)关系即可得到被测物质复折射率,且拥有极高的信噪比。目前的光电探测器的响应时间远小于太赫兹脉冲的脉宽,通常采用等效异步采样的方法;在传统的太赫兹时域光谱系统中使用光学延迟线来实现;由于异步光学采样(ASOPS)具有更高的扫描速度,测量精度和时间分辨率而成为取代光学延迟线的一种方法被应用于THz-TDS系统中。基于ASOPS和光导天线(PCA)的THz-TDS系统由于PCA的光整流效应消除了载波包络相位偏移(CEP)而产生了THz光梳,这样的THz-TDS系统是一种太赫兹双梳谱系统(THZ-DCS).THz-DCS系统具有梳齿可分辨的光谱分辨率,对于射频采集端的要求更高,现有的THz-TDS中应用的数据采集系统无法满足THz-DCS的更高分辨率和更大数据量的采样需要。因此本文根据THZ-DCS系统的特点设计了太赫兹光梳光谱数据采集系统,主要工作如下:参与搭建了透射式光梳光谱系统的光路,根据实验与应用的要求设计了光梳光谱数据采集系统的硬件和软件部分。数据采集系统分为硬件和软件部分,分别设计并进行单独的测试验证。采集模式分为单周期模式和多周期模式,采用了不同的硬件处理方式和软件设计结构。设计了软件的上位机界面,与采集系统的功能进行紧密的配合,并允许用户随时对系统关键参数进行调整。使用该系统测量水分子的吸收峰,并与HITRAN数据库对比,得到了良好的结果,验证了系统的正确性。
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