意圖；
[0039] 圖7為實施例2的另一種實現(xiàn)方式的示意圖；
[0040] 圖8為實施例3的太赫茲波譜測量裝置的結構示意圖；
[0041] 圖9為實施例4的太赫茲波譜測量裝置的結構示意圖，其中實心箭頭方向為金屬薄 片位置可以移動的方向；
[0042] 圖10為實施例4的另一種調節(jié)方式的示意圖，其中實心箭頭方向為金屬薄片角度 可以偏轉的方向；
[0043] 圖11為實施例4的另一種調節(jié)方式的示意圖，其中實心箭頭方向為太赫茲波探測 器位置或者角度可以偏轉的方向；
[0044] 圖12為實施例5的太赫茲波譜測量裝置的結構示意圖，其中實心箭頭方向為太赫 茲波透鏡位置可以移動的方向；
[0045] 圖13為實施例5的另一種調節(jié)方式的示意圖，其中實心箭頭方向為太赫茲波透鏡 角度可以偏轉的方向；
[0046] 圖14(a)至(e)為折射器件可以采用的幾種類型；
[0047] 圖15為實施例6的太赫茲波譜測量裝置的結構示意圖，其中實心箭頭方向為太赫 茲反射鏡位置改變或者角度偏轉方向；
[0048]圖16為另一種準直裝置結構示意圖。
[0049]圖中，1為太赫茲波，2為準直裝置，21為太赫茲波源，22為衍射器件，23為折射器 件，24為衍射控制器，25為計算處理單元，26為數(shù)據(jù)傳輸，27為可能的數(shù)據(jù)傳輸，3為本征半 導體薄片，4為太赫茲衍射波，5為太赫茲探測器，6為激光器，7為數(shù)字微反射鏡，8為透鏡組， 9為激光束，10為衍射狹縫，11為太赫茲波光斑，12為激光照射光斑，13為衍射小孔，14為激 光照射點陣列，15為太赫茲波凸透鏡，16為小孔光闌，17為金屬薄片，18為凹透鏡，19為棱 鏡，20為太赫茲波反射鏡，28為液晶單元，29為液晶陣列系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0050] 下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明：
[0051] 本發(fā)明的思路是利用衍射控制器24改變透過衍射器件22的太赫茲衍射波4在探測 器5位置處的衍射場分布，通過測量不同控制條件作用下被探測器5所探測到的太赫茲衍射 波4強度，代入并求解線性方程組獲得待測太赫茲波1的頻譜。
[0052]衍射(英語:diffraction)是指波遇到障礙物時偏離原來直線傳播的物理現(xiàn)象。在 經(jīng)典物理學中，波在穿過狹縫、小孔或圓盤之類的障礙物后會發(fā)生不同程度的彎散傳播。不 僅可見光會發(fā)生衍射，在適當情況下，任何波都具有衍射的固有性質，因此太赫茲波也會發(fā) 生衍射。但因為太赫茲波的波長與可見光的波長相比要大很多，只有在孔或障礙物可以跟 太赫茲波長相比大體相當，甚至比太赫茲波波長還要小的時候，衍射才會比較十分明顯。
[0053] 根據(jù)衍射的性質，當發(fā)生衍射時，在障礙物后會形成一定的衍射場分布。對于不同 頻率(或波長)的太赫茲波分量，在障礙物后所形成的衍射場分布也互不相同，因此可以通 過衍射效應將不同頻率入射波區(qū)分開來。當一個寬頻的太赫茲波（即里面有很多個頻率的 太赫茲波)發(fā)生衍射，衍射場中探測器所探測到的衍射波強度)是每一個頻率(或波長)的太 赫茲波分量在探測器位置處衍射場作用的線性疊加。而當衍射場發(fā)生改變時，探測器所探 測到的線性疊加后的衍射波強度也互不相同，因此可以通過反演得到待測太赫茲波的頻譜 信息。詳細解釋如下：
[0054] 按照探測器的測量頻率范圍，將該頻段分成η等份。假設待測太赫茲波波譜曲線如 圖1所示，波譜曲線就被分成η段，每一段的中心頻率為6(1 = 1，2 - 1〇，頻寬為4€，待測太 赫茲波中每段頻率分量的功率對應于圖中每個小矩形的面積Ρ(??。需要測的待測太赫茲 波譜線可以由圖1中各個頻率所對應的幅度進行線性擬合得到，所以目標轉化為求圖1中各 個小矩形的高度?？紤]到η的數(shù)目比較多，根據(jù)微積分的原理，入射的太赫茲波的總入射功 率可以近似為圖1中曲線下面很多個小矩形面積的總和。先不考慮控制器的作用，當入射的 太赫茲波1經(jīng)過衍射器件22和折射器件23后，被探測器5探測到。此時，該探測器5接收到的 功率，一方面可以通過自身直接探測；而另一方面，探測器5接收到的功率也可以通過入射 的太赫茲頻譜進行計算得到。因為被探測器5探測到的太赫茲波各頻率分量的功率，與原來 沒有發(fā)生衍射時的太赫茲波各頻率分量的功率相比都有一定程度的改變，即圖1中每一個 小矩形的面積發(fā)生了變化，而且這個改變的比例對于太赫茲波各頻率分量來說互不相同。 這些改變比例，即探測器5對待測太赫茲波各頻率分量的探測率，可以事先通過將各頻率的 太赫茲波衍射發(fā)生后與衍射發(fā)生前探測器5所測值分別減去探測器5的固有噪聲相比后，計 算測得。因此就可以得到一個方程，方程的左邊是探測器5探測得到的功率測量值，方程組 的右邊是待測太赫茲波中各個頻率分量的功率大小與探測器5對太赫茲波各頻率分量的探 測率分別相乘后再相加所得到的計算值。此后，通過衍射控制器24改變衍射場分布，改變后 探測器5對太赫茲波各頻率分量的探測率以及探測器接收到的總的太赫茲功率又將發(fā)生變 化。那么當衍射控制器24輸出不同的信號，在探測器5位置處將測得一系列不同的太赫茲波 衍射場功率。因此，就可以得到一個方程組或矩陣方程，解此方程組或矩陣方程就可以得到 待測太赫茲波的歸一化光譜。
[0055] 不過，因為探測器本身具有一定的信噪比，由于測量誤差等原因，該方程組實為病 態(tài)方程組。而且如果頻率劃分份數(shù)η數(shù)目比較多的話，很難用普通的方法求解該方程組，所 以需要用到一些數(shù)學優(yōu)化方法。比如吉洪諾夫(Tikhonov)正則化方法、最小均方算法、模擬 退火算法、交替方向乘子法。以及對這些方法進行改進后衍生出的其他優(yōu)化方法，比如在吉 洪諾夫(Tikhonov)正則化方法中加入平滑因子項，該項通過控制兩個相鄰解之間的距離， 使得所得到的頻譜曲線更加平滑，矩陣方程的近似解形式如下：
[0056]
[0057] 式中，n>〇是正則化系數(shù)，它控制著范數(shù)||Cx - ^與附加約束條件之間的權重。#是 波譜復原結果的光滑系數(shù)，它控制著兩個相鄰解χ#ΡΧ2之間的距離。
[0058] 求得線性方程組的解后進行定標，就可以得到待測太赫茲波的復原頻譜。
[0059] 結合以上原理，基于衍射效應的太赫茲波譜測量裝置的基本結構如圖2所示，包括 衍射器件22、折射器件23(可以省略）、衍射控制器24、探測器5以及計算處理單元25。它們的 功能是:衍射器件22使太赫茲波發(fā)生衍射，折射器件23可以使得透過衍射裝置后的太赫茲 衍射波的傳播方向發(fā)生變化，衍射控制器24可以控制探測器位置處的太赫茲衍射場分布， 探測器5可以用來探測太赫茲衍射波，計算處理單元25用來計算與分析數(shù)據(jù)。太赫茲波譜測 量過程是:假設一束太赫茲波1從太赫茲波源21發(fā)出，經(jīng)過太赫茲準直裝置2,照射到衍射器 件22上。該太赫茲波1經(jīng)過衍射器件22后會發(fā)生衍射效應，發(fā)出的太赫茲衍射波4經(jīng)過折射 器件23(或者不經(jīng)過折射器件23)，最終被探測器5探測到。探測器5將所探測到的數(shù)據(jù)發(fā)送 到計算處理單元25。衍射控制器24可以通過光調制或者電調制或者機械調制等調控手段， 作用于衍射器件22或者折射器件23或者探測器5(圖2中虛線27表示可能的數(shù)據(jù)傳輸，箭頭 表示數(shù)據(jù)傳輸方向），從而使得從衍射器件22透過的太赫茲衍射波4在探測器5的探測端位 置處的場強分布發(fā)生變化，最終使得探測器5在衍射控制器24調控下能夠探測到不同的太 赫茲衍射波強度。計算處理單元25通過與探測器5進行數(shù)據(jù)傳輸（圖2中實線26表示數(shù)據(jù)傳 輸，箭頭表示數(shù)據(jù)傳輸方向），記錄下衍射控制器24不同控制作用下探測器5的測量結果，通 過將測量結果代入并求解矩陣方程，自動實現(xiàn)光譜復原及結果輸出。
[0060] 如果要通過衍射控制器24使得從衍射器件22透過的太赫茲衍射波4在探測器5的 探測端位置處的場強分布發(fā)生變化，可以通過多種途徑實現(xiàn)。比如，可以通過衍射控制器24 改變衍射器件22中介質的形狀、大小、分布、結構、介電常數(shù)、電導率或者折射率，或者改變 折射器件23中介質的形狀、分布、結構、電導率或者折射率，或者改變衍射器件22、折射器件 23、探測器5三者之一的相對位置和放置角度，最終使得探測器5在衍射控制器24調控下能 夠探測到不同的太赫茲波衍射場強度。
[0061] 根據(jù)上述控制太赫茲波衍射場的方案，可以設計出不同結構的太赫茲波譜測量裝 置。下面結合上述太赫茲波譜測量的原理，具體舉幾個實施例：
[0062] 實施例1:
[0063] 本實施例中太赫茲波譜測量裝置的結構圖如圖3所示。衍射器件22在本實施例中 為一個等離子體頻率小于太赫茲波頻率的本征半導體薄片3。所用本征半導體可為本征砷 化鎵(GaAs)或者本征硅(Si)。衍射控制器24在本實施例中為激光器6、透鏡組8(也可采用反 射鏡代替）、空間光調制器?？臻g光調制器采用數(shù)字微反射鏡7 (Degital Micromirror Device)。激光器6可采用摻鈦藍寶石激光器。探測器5為太赫茲波探測器，如Golay Cell或 者Bolometer。待測的太赫茲波沿著傳輸方向依次經(jīng)過本征半導體3和探測器5。衍射控制器 24發(fā)出激光圖案信號射在作為衍射器件22的本征半導體3的表面。為了自動實現(xiàn)光譜復原 過程中的數(shù)值采集與計算，本實施例中還包括與探測器5信號連接的計算處理單元25(圖3 中未示出）。折射器件23在本實施例中省略。
[0064] 在本實施例中，本征半導體薄片3的表面與太赫茲波1傳輸方向垂直，太赫茲波1透 過本征半導體3后，形成太赫茲衍射波4，可被太赫茲波探測器5探測到。因為本征半導體薄 片3本身并不能使