利用石墨烯太赫兹表面等离子效应的酒精浓度测量装置及其方法

专利主权项内容

1.一种使用利用石墨烯太赫兹表面等离子效应的酒精浓度测量装置的测量酒精浓度的方法，所述利用石墨烯太赫兹表面等离子效应的酒精浓度测量装置包括高阻硅三角棱镜(1)、第一二氧化硅薄膜(2)、单层石墨烯(3)、第二二氧化硅薄膜(4)、待测酒精溶液(5)、高阻硅衬底(6)、飞秒激光器(7)、斩波器(8)、分束器(9)、光电导天线(10)、第一抛面镜(11)、第一聚四氟乙烯透镜(12)、第二聚四氟乙烯透镜(13)、第二抛面镜(14)、薄膜分束镜(15)、ZnTe晶体(16)、四分之一波片(17)、沃拉斯顿棱镜(18)、光电平衡探测器(19)、锁相放大器(20)、计算机(21)、第一反射镜(22)、延迟线(23)、第二反射镜(24)；飞秒激光器(7)产生的飞秒激光脉冲光路上顺次设有斩波器(8)、分束器(9)，分束器(9)将飞秒激光脉冲光分为较强的泵浦光和较弱的探测光；泵浦光光路上设有光电导天线(10)，光导天线(10)激发的太赫兹波顺次经过第一抛面镜(11)、第一聚四氟乙烯透镜(12)，经第一聚四氟乙烯透镜(12)聚焦后的太赫兹波入射到高阻硅三角棱镜(1)一侧表面上，在透射到第一二氧化硅薄膜(2)、单层石墨烯(3)、第二二氧化硅薄膜(4)、待测酒精溶液(5)、再经高阻硅衬底(6)的上表面反射返回到高阻硅三角棱镜(1)，太赫兹波出射高阻硅三角棱镜(1)后顺次经过第二聚四氟乙烯透镜(13)、第二抛面镜(14)、薄膜分束镜(15)；探测光光路上顺次设有第一反射镜(22)、延迟线(23)、第二反射镜(24)、薄膜分束镜(15)；太赫兹波透过薄膜分束镜(15)到达ZnTe晶体(16)，与被薄膜分束镜(15)反射的探测光汇合，再透过ZnTe晶体(16)、四分之一波片(17)、沃拉斯顿棱镜(18)后被光电平衡探测器(19)探测；光电平衡探测器(19)、锁相放大器(20)、计算机(21)顺次相连；其特征在于，所述测量酒精浓度的方法步骤如下：1)在高阻硅衬底(6)和第二二氧化硅薄膜(4)之间放置未知浓度的待测酒精溶液(5)；2)飞秒激光器(7)产生飞秒激光脉冲光源，经过斩波器(8)，被分束器(9)分为较强的泵浦光和较弱的探测光，泵浦光射向光电导天线(10)激发THz脉冲，THz脉冲经过经第一抛面镜(11)准直，再经第一聚四氟乙烯透镜(12)聚焦入射到高阻硅三角棱镜(1)一侧表面上，在透射到第一二氧化硅薄膜(2)、单层石墨烯(3)、第二二氧化硅薄膜(4)、待测酒精溶液(5)、再经高阻硅衬底(6)的上表面反射返回到高阻硅三角棱镜(1)，太赫兹波出射棱镜后被第二聚四氟乙烯透镜(13)准直后，被第二抛面镜(14)聚焦，并透过薄膜分束镜(15)到达ZnTe晶体(16)，与经过第一反射镜(22)、延迟线(23)和第二反射镜(24)并被薄膜分束镜(15)反射的探测光汇合，探测光透过ZnTe晶体(16)、四分之一波片(17)、沃拉斯顿棱镜(18)后被光电平衡探测器(19)探测，所测电信号被锁相放大器(20)放大后送入计算机(21)得到太赫兹脉冲的时域波形，经过傅里叶变换后得到反射系数的频率变化曲线；3)光导天线(10)激发的太赫兹波脉冲在0.1～2.5THz范围，频率间隔小于1GHz，被光电平衡探测器(19)探测得太赫兹脉冲的时域波形经过傅里叶变换后得到棱镜反射系数的频率变化曲线；4)根据未知浓度的待测酒精溶液测得的太赫兹反射系数曲线, 计算谐振峰位置并代入由标准溶度-谐振峰测量校正曲线得到待测酒精溶液的精确浓度。