一種鐵磁材料太赫茲介電常數(shù)的測量系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光學測量技術，特別是一種太赫茲波段的鐵磁材料介電常數(shù)的測量系 統(tǒng)，用于測量鐵磁在太赫茲波段的介電常數(shù)。
【背景技術】
[0002] 目前測量材料高頻介電常數(shù)方法有橢圓偏振法和光譜法，前者通過測量光波與物 質相互作用前后偏振狀態(tài)的改變來測定樣品的光學常數(shù)，后者通過測量反射和透射率來測 量材料的介電常數(shù)。這兩者都是通過測量折射率來測量介電常數(shù)，利用了一個基本假設，即 材料的相對磁導率等于1，而鐵磁材料在太赫茲頻段的磁導率不為1，測量到的折射率中的 數(shù)據(jù)包含了磁導率的影響。
[0003] 本發(fā)明設計一套能夠同時測量在太赫茲頻段的磁導率和折射率的系統(tǒng)，從而可以 測量出鐵磁材料在太赫茲波段的介電常數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術中的不足而提供的一種鐵磁材料太赫茲介電常數(shù) 的測量系統(tǒng)，以實現(xiàn)對材料的介電常數(shù)變化的測量。本發(fā)明采用時序太赫茲反射和時序磁 光克爾效應測量的方式，同時測量太赫茲光的相干電場強度以及樣品中的瞬時磁化強度， 利用麥克斯韋方程組以及在低頻時的標準樣品的磁化矯正數(shù)據(jù)，獲得鐵磁材料在太赫茲波 段的介電常數(shù)和磁導率。目的是針對現(xiàn)有技術中的不足而提供的一種鐵磁材料太赫茲介電 常數(shù)的測量系統(tǒng)，以實現(xiàn)對材料的介電常數(shù)變化的測量。
[0005] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術方案是：
[0006] -種鐵磁材料太赫茲介電常數(shù)的測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：
[0007] 用于提供測試使用的飛秒激光脈沖的飛秒激光脈沖發(fā)生裝置；
[0008] 用于將飛秒脈沖光束分成不同光強的三束激光的分光裝置，與飛秒激光脈沖發(fā)生 裝置光路連接；
[0009] 用于將飛秒激光脈沖轉換為太赫茲脈沖的飛秒脈沖激光觸發(fā)的太赫茲光發(fā)生裝 置，與分光裝置的其中一束激光光路連接；
[0010] 用于調節(jié)飛秒激光脈沖進行延時處理的激光脈沖延時裝置，與分光裝置的其中一 束激光光路連接；
[0011]用于裝填鐵磁樣品并且置于磁場中間的樣品架；
[0012] 用于測試時校正克爾角與磁化作用關系的磁場發(fā)生裝置;設于樣品架外圍；
[0013] 用于對飛秒光學短脈沖進行延時處理的飛秒脈沖延時裝置，與分光裝置的其中一 束激光光路連接；
[0014] 用于產(chǎn)生線偏振光的激光起偏裝置，設于激光脈沖延時裝置與樣品架之間，該裝 置包括偏振片以及聚光元件；
[0015] 用于檢測激光偏振狀態(tài)發(fā)生變化的檢偏裝置，設于樣品架與弱光光電探測器之 間，該裝置包括聚光元件以及高消光比偏振片;聚光元件將光束縮小成大小合適的平行光， 通過高消光比偏振片。
[0016] 用于檢測弱光光強的弱光光電探測器，與檢偏裝置光路連接；
[0017] 用于將太赫茲光進行聚焦的太赫茲聚焦裝置，設于飛秒脈沖延時裝置與樣品架之 間；
[0018] 用于檢測太赫茲光強的時序太赫茲光強檢測裝置，與太赫茲聚焦裝置光路連接；
[0019] 用于控制測試中各個變量變化的測試控制裝置，通過電路連接飛秒脈沖延時裝 置、激光脈沖延時裝置、磁場發(fā)生裝置、弱光光電探測器以及時序太赫茲光強檢測裝置。
[0020] 所述太赫茲光發(fā)生裝置由太赫茲脈沖產(chǎn)生器件、激光濾光片、太赫茲光聚光元件、 平面鏡組成，太赫茲脈沖產(chǎn)生器件、激光濾光片、太赫茲光聚光元件和平面鏡沿光束傳播方 向依次排列，前三者其光軸平行于光束方向。平面鏡改變光束方向，光束以10-45度入射到 樣品表面。
[0021 ] 所述太赫茲脈沖產(chǎn)生器件選自光導天線、ZnSe晶體、LiNb〇3晶體、LiTa〇3晶體、ZnTe 晶體、InP晶體和GaAs晶體中的任意一種。
[0022] 所述激光濾光片是硅片或聚四氟乙烯片，對可見光不透明而對太赫茲有高透射率 的材料;所述太赫茲聚光元件為聚四氟乙烯透鏡或離軸非球面鏡單個或多個聯(lián)用。
[0023] 所述時序太赫茲光強檢測裝置由光導天線或者電光晶體、偏振分光鏡和差分光電 探測器組成，電光晶體是ZnTe晶體、InP晶體和GaAs晶體中的任意一種，當探測器由電光晶 體、偏振分光鏡和差分光電探測器組成時，當探測器由電光晶體、偏振分光鏡和差分光電探 測器組成時，三者沿激光傳遞方向依次排列，前兩種光軸平行于激光傳遞方向，第三者的兩 個光電探測器接激光束。
[0024] 所述太赫茲聚焦裝置由中間帶孔的離軸非球面鏡或聚焦透鏡和中間帶空的平面 鏡組成；聚焦透鏡和中間帶空的平面鏡依次排列，聚焦透鏡的焦點在時序太赫茲光強檢測 裝置中的光導天線或光電晶體上。
[0025] 本發(fā)明中，由飛秒激光脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生飛秒激光脈沖，進入分光裝置分成三束 激光，其中一束進入太赫茲光發(fā)生裝置，觸發(fā)太赫茲脈沖光束，聚焦的太赫茲光束入射到放 置在磁場產(chǎn)生裝置中間的樣品架上的樣品上。從分光裝置出來的第二束脈沖激光通過激光 脈沖延時裝置、起偏裝置和太赫茲光束入射到樣品的同一個位置上。從樣品上反射的激光 脈沖通過檢偏裝置，進入弱光光電探測器。這一束激光用于檢測太赫茲光波的磁效應引起 樣品的磁化強度的變化。樣品反射的太赫茲光通過太赫茲聚焦裝置，聚焦于時序太赫茲光 強檢測裝置上；同時從分光裝置中出來的第三束脈沖激光通過飛秒脈沖延時裝置，和樣品 反射的太赫茲脈沖激光束同聚于時序太赫茲光強檢測裝置。測試控制裝置通過電纜連接飛 秒脈沖延時裝置、激光脈沖延時裝置、磁場發(fā)生裝置、弱光光電探測器以及時序太赫茲光強 檢測裝置。
[0026] 本發(fā)明的有益效果：
[0027]本發(fā)明利用時序太赫茲和時序克爾磁光測量聯(lián)用的辦法，①、解決了電磁場在太 赫茲頻段中快速變化的測量問題;②、在交變的電磁場作用下，區(qū)分了電場和磁場分別對材 料的作用;③、測量出了太赫茲頻段的磁導率和介電常數(shù)。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖及實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明。
[0030] 參閱圖1，本發(fā)明包括:飛秒激光脈沖發(fā)生裝置1、分光裝置2、太赫茲光發(fā)生裝置3、 激光脈沖延時裝置4a、起偏裝置5、樣品架6、磁場發(fā)生裝置7、檢偏裝置8、弱光光電探測器9， 太赫茲聚焦裝置l〇a、飛秒脈沖延時裝置4b、太赫茲聚焦裝置10b、時序太赫茲光強檢測裝置 11以及測試控制裝置12。其中，飛秒激光脈沖發(fā)生裝置1產(chǎn)生飛秒激光脈沖，進入分光裝置2 分成三束激光，其中第一束進入太赫茲光發(fā)生裝置3，觸發(fā)太赫茲脈沖光束，進行濾光，聚焦 到放置在磁場發(fā)生裝置7中間的樣品架6上的樣品上。從分光裝置2出來的第二束脈沖激光 通過激光脈沖延時裝置4a、起偏裝置5和太赫茲光束入射到樣品的同一個位置上。從樣品上 反射的激光脈沖通過檢偏裝置8進入弱光光電探測器9。第二束激光用于檢測太赫茲光波的 磁效應引起樣品的磁化強度的變化。樣品反射的太赫茲光通過太赫茲聚焦裝置