[發明專利]一種基于雙光子糾纏的太赫茲波成像裝置

無效

• 申請號: 201210548593.6
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN102998260A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 孫博;白晉濤;任兆玉
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/23
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明涉及太赫茲波光電子學技術領域，具體涉及一種雙光子糾纏太赫茲波成像裝置。

背景技術

處于0.1-10THz（1THz=10¹²Hz）范圍內的電磁波——太赫茲波(THz波)，是一個非常具有科學研究價值的電磁波輻射。憑借其所處頻段特殊位置以及其低能性、高穿透性等特性，太赫茲波技術目前被廣泛應用于各種基礎研究領域和應用研究領域中。

近年來，隨著THz波光電子技術迅速發展，THz波成像技術方面日新月異。目前，研究最為廣泛和深入的THz波成像技術是脈沖THz波時域光譜成像技術。它主要是通過對含有成像物體信息的THz波脈沖從時域到頻域的變換，就可獲得到它的強度和相位的空間分布信息，進而可得到物體的THz波圖像，以及物體的空間密度分布、折射率等信息。然而，這種THz波成像系統光路結構較為復雜，光路穩定性較差，用來產生THz波的飛秒激光器價格昂貴。另一種常見的太赫茲波成像技術，是連續太赫茲波成像技術。這種太赫茲波成像系統通過記錄太赫茲波透過物體（或經物體反射）后的強度信息來實現成像，因此與時域光譜成像系統相比，在成像數據采集和處理方式上較為簡單、迅速，成像系統結構也相對簡單。這種成像技術的主要缺點是圖像信息量少，在實驗中太赫茲波在光路中的多次反射會發生相干疊加，導致圖像中可能存在干涉條紋。

在上述兩種常見的THz波成像技術中，還都存在有如下不足：

（1）當攜帶成像物體信息的THz波在空間傳輸時，很容易受到外界環境的隨機干擾，例如空氣流動、濕度變化、煙塵等，成像效果必然會受到影響，抗干擾能力較差，這就限制了這些THz波成像技術在惡劣環境中的實際應用；

（2）由于常用的THz波輻射源的波長一般為百微米或毫米量級，因此根據瑞利衍射極限原理，成像分辨率一般也為相同數量級。雖然目前已將“近場成像技術”和“動態孔徑”原理運用到THz波成像技術中，但這大大增加了技術難度和成像光路的復雜程度；

（3）THz波成像技術中通常所使用的THz波輻射源，例如基于飛秒激光器的脈沖THz波源、返波管、光泵THz波激光器等，有的價格昂貴，運行和維護費用高，有的體積大、操作復雜，工作穩定性有待進一步提高，限制了其實用性發展。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在于，提供一種結構簡單、非定域式、分辨率高、抗干擾能力強的太赫茲波成像裝置。

為了實現上述任務，本發明采用如下的技術解決方案：

第一種方案：

一種基于雙光子糾纏的太赫茲波成像裝置，其特征在于，包括泵浦光源、望遠鏡系統、分束鏡、兩個二分之一波片，兩個偏振分束器，三個MgO：LiNbO₃晶體、三個反射鏡、成像透鏡、太赫茲波收集透鏡、兩個單光子探測器、符合測量裝置；其中：

泵浦光源出射的泵浦光經望遠鏡系統縮束后，被分束鏡分為透射和反射兩束泵浦光。透射的泵浦光通過第一二分之一波片和第一偏振分束器后，激勵第一MgO：LiNbO₃晶體產生具有糾纏性質的太赫茲波光子和斯托克斯（Stokes）光子。太赫茲光子經過硅棱鏡耦合輸出，斯托克斯光子從第一MgO：LiNbO₃晶體輸出面出射；

在太赫茲光子傳輸路徑上放置成像透鏡、待成像物體、太赫茲收集透鏡，太赫茲光子會聚于第二MgO：LiNbO₃晶體長底面。經分束鏡反射的泵浦光通過第二二分之一波片和第二偏振分束器，經第一、第二反射鏡和反射后，垂直入射至第二MgO：LiNbO₃晶體的斜面。該泵浦光與太赫茲光子在第二MgO：LiNbO₃晶體中混頻，產生頻率上轉換光子，經第三MgO：LiNbO₃晶體放大后，被第三反射鏡反射至第一單光子探測器，第一單光子探測器前加一窄帶濾波片。在斯托克斯光子傳輸路徑上，放置加有光纖的第二單光子探測器接收其光子，并可做空間成像掃描；第一和第二單光子探測器連接符合測量裝置。

所述第二MgO：LiNbO₃晶體為一等腰梯形晶體，長底面和兩個斜面光學拋光。

所述泵浦光源首選電光調Q脈沖Nd:YAG激光器。

所述成像透鏡由高密度白色聚乙烯或TPX材質制成。

所述符合測量裝置包括時幅轉換儀和多通道分析儀。

第二種方案：