一种带有液体样品厚度可调装置的太赫兹光谱实验系统

本技术涉及一种光学表征系统，具体涉及一种带有液体样品厚度可调装置的太赫兹光谱实验系统。

背景技术：

1、太赫兹（terahertz，thz）波是指频率在0.1thz~10thz（对应波长为3000μm～30μm）范围内的电磁波，thz波的波长介于微波与红外波之间，其光子能量与许多有机物分子的转动振动能级之间跃迁的能量相当，所以能够敏锐地探测晶体中晶格的低频振动、氢键的伸缩和弯曲振动、晶态声子振动及大分子骨架振动等。太赫兹光谱技术凭借其独特的穿透性、低能量特性，在液体成分分析、物质结构表征等领域应用广泛。液体样品的厚度是影响太赫兹光谱测试精度的关键参数，不同厚度的液体样品会导致光谱信号的吸收、反射特性产生差异，因此精准控制并调节液体样品厚度是测试过程中的核心需求。

2、现有适用于液体样品测试的太赫兹光谱实验系统的原理图参见图3，飞秒激光器01用于发射飞秒激光脉冲0101；分束镜0201设置在飞秒激光器01的输出端，用于将飞秒激光脉冲0101部分透过作为泵浦光0102，同时部分反射作为探测光0103；低温砷化镓晶体05设置在泵浦光0102的传播光路上，用于产生原始太赫兹波0501，第一离轴抛物面反射镜301、第二离轴抛物面反射镜302、液体样品池4沿原始太赫兹波0501的传播方向依次设置，原始太赫兹波0501经过液体样品池4中的液体样品后产生携带样品信息的太赫兹波0502，第三离轴抛物面反射镜303、第四离轴抛物面反射镜304、碲化锌晶体06沿携带样品信息的太赫兹波0502的传播方向依次设置；所述探测光0103依次经第一反射镜0202、第二反射镜0203、第三反射镜0204、第四反射镜0205、第五反射镜0206后，与携带样品信息的太赫兹波0502共同作用在碲化锌晶体06上形成偏振调制光，所述偏振调制光经四分之一波片07后进入渥拉斯顿棱镜08，经渥拉斯顿棱镜08分离为偏振方向互相垂直的o光（ordinary ray，寻常光）和e光（extraordinaryray，非寻常光）后被平衡光电探测器09分别接收；所述平衡光电探测器09的输出端连接锁相放大器010的输入出端，锁相放大器010的输出端连接上位机011；所述第二离轴抛物面反射镜302、液体样品池4和第三离轴抛物面反射镜303组成样品测试系统200；所述第一反射镜0202和第二反射镜0203组成光学延迟线100。

3、上述系统中的液体样品池4通常为一个固定容积的容器，如果需要变更待测液体样品的厚度，就需要更换不同尺寸的液体样品池4，其在实际应用中存在明显局限：一方面，频繁更换液体样品池4会增加操作流程的复杂度，延长测试周期，尤其在批量样品测试或多厚度对比实验中，效率低下的问题更为突出；另一方面，每次更换液体样品池4后，需要重新进行光路校准、样品填充等操作，不仅增加了人为操作误差的风险，还可能因液体样品池4规格不一致、装配精度差异等因素，影响测试数据的重复性与准确性。此外，专用液体样品池4的制备与存储也会增加实验成本，难以灵活满足科研与工业场景中多样化的厚度调节需求。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是解决现有太赫兹光谱实验系统中液体样品池容器的容积固定，无法动态调节被测液体样品的测试厚度，导致实验过程复杂、风险增加的计算问题，而提供一种带有液体样品厚度可调装置的太赫兹光谱实验系统。

2、本实用新型的设计思路为：基于现有适用于液体样品测试的太赫兹光谱实验系统，将其中固定容积的液体样品池变更为可动态调节液体样品厚度的液体样品池。

3、为实现上述目的，本实用新型所提供的技术解决方案是：

4、一种带有液体样品厚度可调装置的太赫兹光谱实验系统，包括太赫兹光谱实验装置和依次设置在太赫兹光谱实验装置的太赫兹波测试光路上的第一离轴抛物面反射镜、第二离轴抛物面反射镜、液体样品池、第三离轴抛物面反射镜、第四离轴抛物面反射镜，其特殊之处在于：

5、还包括设置在外部固定装置上的第一滑轨；

6、所述液体样品池用于储存待测液体样品和动态调节液体样品的测试厚度，其包括均为长方体的第一箱体和第二箱体；所述第一箱体与外部固定装置连接，且位于第一滑轨的上方；

7、所述第一箱体包括第一箱体本体和u型的延伸底板，所述第一箱体本体的侧面带有第一开口，所述延伸底板的一个伸长臂的端部在所述第一开口处与第一箱体本体的底部连接且延伸底板的上表面与第一箱体本体的内底面共面，所述第一箱体本体的内底面上设置有一个反射镜安装孔；延伸底板上设置有三个反射镜安装孔，其中一个位于与第一箱体本体连接的伸长臂的底部，另外两个分别位于另一个伸长臂的端部和底部上；所有四个反射镜安装孔呈2×2矩阵式排列，分别用于安装所述第一离轴抛物面反射镜、第二离轴抛物面反射镜、第三离轴抛物面反射镜和第四离轴抛物面反射镜，所述第二离轴抛物面反射镜与第三离轴抛物面反射镜的连线平行于第一滑轨；所述第二箱体的侧面带有第二开口，且第一箱体本体通过所述第二开口设置在第二箱体的内部，第一箱体本体的外侧面与第二箱体的内侧面所围成的内部空间构成液体样品放置空间，且液体样品放置空间位于第二离轴抛物面反射镜和第三离轴抛物面反射镜之间；

8、所述第二箱体设置在第一滑轨上，且可沿第一滑轨往复运动，用于动态调节位于液体样品放置空间中液体样品的测试厚度。

9、进一步地，第二箱体的顶部位于液体样品放置空间上部的位置设置有密封上盖板，且第二箱体和第一箱体的顶部齐平。

10、进一步地，所述第一离轴抛物面反射镜、第二离轴抛物面反射镜、第三离轴抛物面反射镜和第四离轴抛物面反射镜均为镜面所在高度可调的反射镜。

11、进一步地，所述第二箱体的侧面靠近顶部的位置设置有溢流孔，且溢流孔与外部的液体回收容器通过管道连接。

12、进一步地，所述密封上盖板与第二箱体的侧壁顶部之间通过第二滑轨滑动连接，使密封上盖板可沿平行于第一滑轨的方向往复移动。

13、进一步地，所述太赫兹光谱实验装置包括飞秒激光器、分束镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、低温砷化镓晶体、碲化锌晶体、四分之一波片、渥拉斯顿棱镜、平衡光电探测器、锁相放大器和上位机；所述分束镜设置在飞秒激光器的输出端，所述低温砷化镓晶体设置在泵浦光的传播光路上，用于产生原始太赫兹波，所述第一离轴抛物面反射镜、第二离轴抛物面反射镜、液体样品池沿原始太赫兹波的传播方向依次设置，原始太赫兹波经过液体样品池中的液体样品后产生携带样品信息的太赫兹波，所述第三离轴抛物面反射镜、第四离轴抛物面反射镜、碲化锌晶体沿携带样品信息的太赫兹波的传播方向依次设置；所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、携带样品信息的太赫兹波与探测光共同作用在碲化锌晶体上形成偏振调制光，所述偏振调制光经四分之一波片后进入渥拉斯顿棱镜，经渥拉斯顿棱镜分离为偏振方向互相垂直的o光和e光后被平衡光电探测器分别接收；所述平衡光电探测器的输出端连接锁相放大器的输入出端，锁相放大器的输出端连接上位机。

14、进一步地，还包括用于驱动第二箱体沿第一滑轨运动的步进电机，以及用于实时检测第二箱体在第一滑轨上所在位置的线位移传感器；步进电机和线位移传感器均与所述上位机电连接，线位移传感器将第二箱体的位置信息实时发送至上位机，上位机根据操作者的指令和线位移传感器发送的实时位置信息，通过步进电机驱动第二箱体在第一滑轨上精确移动预设距离。

15、进一步地，所述第一箱体上用于与第二箱体的内侧面围成液体样品放置空间的侧面四个周边位置均设置有聚乙烯密封条或自粘型遇液体膨胀胶条，用于实现第一箱体与第二箱体之间相对移动时的动密封，以及液体样品放置空间与密封上盖板之间的密封。

16、与现有技术相比，本用新型的有益效果是：

17、1、本实用新型提供的带有液体样品厚度可调装置的太赫兹光谱实验系统，在实验过程中需要调节被测液体样品的厚度时，可直接在上位机中操作，令第二箱体移动指定的预设距离，从而精确调节液体样品放置空间中被测液体样品的厚度至所需值，而不需要更换液体样品的容器，提高了实验的效率，尤其是批量样品多厚度对比测试场景中，提升更为显著；而且在液体测试厚度调节过程中太赫兹波的光路无需重新校准，同时避免了样品池更换带来的规格偏差问题，有效减少人为操作与部件差异造成的误差，保障了不同厚度测试数据的重复性与准确性。

18、2、本实用新型提供的带有液体样品厚度可调装置的太赫兹光谱实验系统，通过可调节结构实现多种液体测试厚度的动态适配，无需额外制备专用规格的样品池，从根本上减少了对特定耗材的依赖，降低了实验设备的前期投入与后期维护成本。

19、3、本实用新型提供的带有液体样品厚度可调装置的太赫兹光谱实验系统，设置有密封上盖板和溢流孔，密封上盖板用于被测液体量不足（比如在增大测试厚度的过程中）时，打开后添加液体；溢流孔用于在减小测试厚度的过程中排出多余的液体；二者的配合可适配各种被测液体量的多少。

20、4、本实用新型提供的带有液体样品厚度可调装置的太赫兹光谱实验系统，通过上位机、线位移传感器和步进电机共同配合第二箱体的移动，保证了实验精度。

21、5、本实用新型提供的带有液体样品厚度可调装置的太赫兹光谱实验系统，所述第一箱体上用于与第二箱体的内侧面围成液体样品放置空间的侧面四个周边位置均设置有聚乙烯密封条或自粘型遇液体膨胀胶条，有效防止了被测液体样品的挥发或泄露。