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實驗室”組建的太赫茲時域光譜系統(tǒng)對大豆油脂樣品進行光譜采集，THz-TDs系統(tǒng)的主要組成部件是美國Coherent公司的Vitesse-800-5型鈦藍寶石飛秒激光器以及美國Zomega公司的Z-1太赫茲系統(tǒng)，以ZnTe為探測晶體，以鈦藍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800nm。THz透射裝置如圖1所示：

飛秒激光脈沖在透過分束棱鏡后被分為泵浦光（光路Ⅰ）和探測光（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，探測光用于探測太赫茲脈沖和檢測太赫茲脈沖的場強。泵浦光經(jīng)斬波器調(diào)制后通過一系列變化產(chǎn)生THz脈沖，THz脈沖通過一系列離軸拋物面鏡最終被聚焦在被測樣品上，然后攜帶樣品一定信息量的太赫茲脈沖與探測光共線并經(jīng)過ZnTe晶體。通過線性電光效應(yīng)，THz脈沖的電場對ZnTe的折射率橢球進行調(diào)制，改變探測脈沖的偏振態(tài)，通過檢測偏振，獲得正比于THz電場的電信號。在延遲裝置的作用下，使探測光能夠探測太赫茲脈沖的電場強度，產(chǎn)生的光與探測光之間的光程差發(fā)生改變，從而獲得時域波形。分別通過測量干燥氮氣和大豆油脂樣品得到參考信號和樣品信號，為減小光譜數(shù)據(jù)的測量誤差，以樣本3次測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烈的吸收，為提高試驗精度，需要將水分對試驗的影響降到最低，所以檢測區(qū)域在充滿氮氣的有機玻璃罩中進行，試驗時溫度21℃，濕度小于4%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

將時域信號進行快速傅里葉變換得到參考信號和大豆油脂樣品的頻域信號，采用Dorney等和Duvillaret等提出的公式計算吸收系數(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與參考頻域信號作比后的比值函數(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 時域譜分析

采用上述THz-TDS裝置，測量了參考信號（僅充滿干燥氮氣的樣品池）和1～105號大豆油脂樣品的太赫茲時域譜，為增加信噪比，每個樣本測量3次，取其平均值作為測量結(jié)果，參考信號及105個大豆油脂樣品的THz時域譜波形如圖2所示，圖中黑線為參考信號的時域信號，其它彩色線條是大豆油脂樣品的時域信號。

由圖2可知，試驗測量中整個測量時間窗口為9ps，在主峰出現(xiàn)后，參考波形及樣品的時域信號波形沒有出現(xiàn)若干個副峰，說明試驗中測量容器的Fabry-Perot（FP）效應(yīng)幾乎沒有，可知FP效應(yīng)對本次試驗的影響較小。同時可以看出，THz波經(jīng)過大豆油脂樣品時的波形基本一致，沒有發(fā)生明顯的變化。由于大豆油脂樣品的折射率大于氮氣在太赫茲波段的折射率，THz波在透過大豆油脂樣品后相對于參考信號在時間上均產(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域譜進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及大豆油脂樣品的頻域譜。

由圖3可知，參考信號頻域譜線比較平滑，說明FP效應(yīng)對試驗的影響較小，系統(tǒng)的運行環(huán)境較好。太赫茲光能量值在0.1～2.6THz之間，參考信號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THz波的吸收強度越大。

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