1.3.2 太赫茲光譜的采集

本研究利用首都師范大學(xué)“太赫茲波譜與成像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”組建的太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)對(duì)大豆油脂樣品進(jìn)行光譜采集，THz-TDs系統(tǒng)的主要組成部件是美國(guó)Coherent公司的Vitesse-800-5型鈦藍(lán)寶石飛秒激光器以及美國(guó)Zomega公司的Z-1太赫茲系統(tǒng)，以ZnTe為探測(cè)晶體，以鈦藍(lán)寶石激光器作為激發(fā)光源；平均功率為960mW，脈寬為100fs，重復(fù)頻率在82MHz，中心波長(zhǎng)800nm。THz透射裝置如圖1所示：

飛秒激光脈沖在透過(guò)分束棱鏡后被分為泵浦光（光路Ⅰ）和探測(cè)光（光路Ⅱ）兩束，泵浦光主要作用是激發(fā)太赫茲發(fā)射器產(chǎn)生太赫茲脈沖，探測(cè)光用于探測(cè)太赫茲脈沖和檢測(cè)太赫茲脈沖的場(chǎng)強(qiáng)。泵浦光經(jīng)斬波器調(diào)制后通過(guò)一系列變化產(chǎn)生THz脈沖，THz脈沖通過(guò)一系列離軸拋物面鏡最終被聚焦在被測(cè)樣品上，然后攜帶樣品一定信息量的太赫茲脈沖與探測(cè)光共線并經(jīng)過(guò)ZnTe晶體。通過(guò)線性電光效應(yīng)，THz脈沖的電場(chǎng)對(duì)ZnTe的折射率橢球進(jìn)行調(diào)制，改變探測(cè)脈沖的偏振態(tài)，通過(guò)檢測(cè)偏振，獲得正比于THz電場(chǎng)的電信號(hào)。在延遲裝置的作用下，使探測(cè)光能夠探測(cè)太赫茲脈沖的電場(chǎng)強(qiáng)度，產(chǎn)生的光與探測(cè)光之間的光程差發(fā)生改變，從而獲得時(shí)域波形。分別通過(guò)測(cè)量干燥氮?dú)夂?u>大豆油脂樣品得到參考信號(hào)和樣品信號(hào)，為減小光譜數(shù)據(jù)的測(cè)量誤差，以樣本3次測(cè)量的平均值作為最終的光譜值。此外，由于水在太赫茲波段有強(qiáng)烈的吸收，為提高試驗(yàn)精度，需要將水分對(duì)試驗(yàn)的影響降到最低，所以檢測(cè)區(qū)域在充滿氮?dú)獾挠袡C(jī)玻璃罩中進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)溫度21℃，濕度小于4%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

將時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換得到參考信號(hào)和大豆油脂樣品的頻域信號(hào)，采用Dorney等和Duvillaret等提出的公式計(jì)算吸收系數(shù)，得到樣品的吸收譜。

式中：ω—角頻率；d—樣本的厚度；c—太赫茲波在空氣中的傳播系數(shù)；所涉及的φ（ω）和ρ（ω）變量為樣本的頻域信號(hào)與參考頻域信號(hào)作比后的比值函數(shù)所得；φ（ω）—比值函數(shù)的相位；ρ（ω）—比值函數(shù)的幅值。

2 結(jié)果與討論

2.1 太赫茲光譜分析

2.1.1 時(shí)域譜分析

采用上述THz-TDS裝置，測(cè)量了參考信號(hào)（僅充滿干燥氮?dú)獾臉悠烦兀┖?～105號(hào)大豆油脂樣品的太赫茲時(shí)域譜，為增加信噪比，每個(gè)樣本測(cè)量3次，取其平均值作為測(cè)量結(jié)果，參考信號(hào)及105個(gè)大豆油脂樣品的THz時(shí)域譜波形如圖2所示，圖中黑線為參考信號(hào)的時(shí)域信號(hào)，其它彩色線條是大豆油脂樣品的時(shí)域信號(hào)。

由圖2可知，試驗(yàn)測(cè)量中整個(gè)測(cè)量時(shí)間窗口為9ps，在主峰出現(xiàn)后，參考波形及樣品的時(shí)域信號(hào)波形沒(méi)有出現(xiàn)若干個(gè)副峰，說(shuō)明試驗(yàn)中測(cè)量容器的Fabry-Perot（FP）效應(yīng)幾乎沒(méi)有，可知FP效應(yīng)對(duì)本次試驗(yàn)的影響較小。同時(shí)可以看出，THz波經(jīng)過(guò)大豆油脂樣品時(shí)的波形基本一致，沒(méi)有發(fā)生明顯的變化。由于大豆油脂樣品的折射率大于氮?dú)庠谔掌澆ǘ蔚恼凵渎?，THz波在透過(guò)大豆油脂樣品后相對(duì)于參考信號(hào)在時(shí)間上均產(chǎn)生了不同程度的延遲。不同磷脂酸含量的大豆油脂樣品對(duì)THz波的吸收不同，導(dǎo)致THz波在大豆油脂樣品中的損耗不同，使得波譜的振幅有不同的衰減及展寬。

2.1.2 頻域譜分析

將得到的大豆油脂樣品的時(shí)域譜進(jìn)行傅里葉變換得到其頻域譜，結(jié)果如圖3所示，圖中用不同顏色的曲線分別表示了參考信號(hào)及大豆油脂樣品的頻域譜。

由圖3可知，參考信號(hào)頻域譜線比較平滑，說(shuō)明FP效應(yīng)對(duì)試驗(yàn)的影響較小，系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境較好。太赫茲光能量值在0.1～2.6THz之間，參考信號(hào)和大豆油脂樣品的頻域譜波形基本相同，差別不大，太赫茲脈沖經(jīng)過(guò)大豆油脂樣品后，在該THz頻段，幅值均有不同程度的降低，參考信號(hào)的振幅最高，大豆油脂樣品的磷脂酸含量越高，其頻域譜的幅值越小，對(duì)THz波的吸收強(qiáng)度越大。

相關(guān)鏈接：大豆油，磷脂酸，黃曲霉毒素B1

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