基于太赫兹光谱快速检测大豆油中的磷脂酸含量（二）

1.3.2 太赫兹光谱的基于采集

本研究利用首都师范大学“太赫兹波谱与成像重点实验室”组建的太赫兹时域光谱系统对大豆油脂样品进行光谱采集，THz-TDs系统的太赫主要组成部件是美国Coherent公司的Vitesse-800-5型钛蓝宝石飞秒激光器以及美国Zomega公司的Z-1太赫兹系统，以ZnTe为探测晶体，兹光中以钛蓝宝石激光器作为激发光源；平均功率为960mW，谱快脉宽为100fs，速检酸含重复频率在82MHz，豆油中心波长800nm。磷脂量THz透射装置如图1所示：

飞秒激光脉冲在透过分束棱镜后被分为泵浦光（光路Ⅰ）和探测光（光路Ⅱ）两束，基于泵浦光主要作用是太赫激发太赫兹发射器产生太赫兹脉冲，探测光用于探测太赫兹脉冲和检测太赫兹脉冲的兹光中场强。泵浦光经斩波器调制后通过一系列变化产生THz脉冲，谱快THz脉冲通过一系列离轴抛物面镜最终被聚焦在被测样品上，速检酸含然后携带样品一定信息量的豆油太赫兹脉冲与探测光共线并经过ZnTe晶体。通过线性电光效应，磷脂量THz脉冲的基于电场对ZnTe的折射率椭球进行调制，改变探测脉冲的偏振态，通过检测偏振，获得正比于THz电场的电信号。在延迟装置的作用下，使探测光能够探测太赫兹脉冲的电场强度，产生的光与探测光之间的光程差发生改变，从而获得时域波形。分别通过测量干燥氮气和大豆油脂样品得到参考信号和样品信号，为减小光谱数据的测量误差，以样本3次测量的平均值作为最终的光谱值。此外，由于水在太赫兹波段有强烈的吸收，为提高试验精度，需要将水分对试验的影响降到最低，所以检测区域在充满氮气的有机玻璃罩中进行，试验时温度21℃，湿度小于4%。

1.4 数据处理

将时域信号进行快速傅里叶变换得到参考信号和大豆油脂样品的频域信号，采用Dorney等和Duvillaret等提出的公式计算吸收系数，得到样品的吸收谱。

式中：ω—角频率；d—样本的厚度；c—太赫兹波在空气中的传播系数；所涉及的φ（ω）和ρ（ω）变量为样本的频域信号与参考频域信号作比后的比值函数所得；φ（ω）—比值函数的相位；ρ（ω）—比值函数的幅值。

2 结果与讨论

2.1 太赫兹光谱分析

2.1.1 时域谱分析

采用上述THz-TDS装置，测量了参考信号（仅充满干燥氮气的样品池）和1～105号大豆油脂样品的太赫兹时域谱，为增加信噪比，每个样本测量3次，取其平均值作为测量结果，参考信号及105个大豆油脂样品的THz时域谱波形如图2所示，图中黑线为参考信号的时域信号，其它彩色线条是大豆油脂样品的时域信号。

由图2可知，试验测量中整个测量时间窗口为9ps，在主峰出现后，参考波形及样品的时域信号波形没有出现若干个副峰，说明试验中测量容器的Fabry-Perot（FP）效应几乎没有，可知FP效应对本次试验的影响较小。同时可以看出，THz波经过大豆油脂样品时的波形基本一致，没有发生明显的变化。由于大豆油脂样品的折射率大于氮气在太赫兹波段的折射率，THz波在透过大豆油脂样品后相对于参考信号在时间上均产生了不同程度的延迟。不同磷脂酸含量的大豆油脂样品对THz波的吸收不同，导致THz波在大豆油脂样品中的损耗不同，使得波谱的振幅有不同的衰减及展宽。

2.1.2 频域谱分析

将得到的大豆油脂样品的时域谱进行傅里叶变换得到其频域谱，结果如图3所示，图中用不同颜色的曲线分别表示了参考信号及大豆油脂样品的频域谱。

由图3可知，参考信号频域谱线比较平滑，说明FP效应对试验的影响较小，系统的运行环境较好。太赫兹光能量值在0.1～2.6THz之间，参考信号和大豆油脂样品的频域谱波形基本相同，差别不大，太赫兹脉冲经过大豆油脂样品后，在该THz频段，幅值均有不同程度的降低，参考信号的振幅最高，大豆油脂样品的磷脂酸含量越高，其频域谱的幅值越小，对THz波的吸收强度越大。

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