[實用新型]一種二維太赫茲成像系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220155882.5
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN202614666U
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳堅;吳周令
• 申請（專利權(quán)）人: 吳周令
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所 34115
• 代理人: 金凱

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及光學成像檢測領(lǐng)域，具體是一種二維太赫茲成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

太赫茲波通常是指頻率范圍在0.1?THz到10?THz（1?THz?=?10¹²?Hz）區(qū)間的電磁波，介于微波和紅外光之間。太赫茲波具有很多特點，?包括太赫茲波的光子能量遠低于可見光和X射線，僅為可見光的千分之一，X射線的百萬分之一，對人體危害極小；太赫茲波波長較長?（1?THz?～?300?μm），用來進行測量時對樣品表面粗糙度要求不高，受物質(zhì)散射影響小；此外太赫茲波對很多不透明介質(zhì)材料，如塑料、陶瓷、皮革、半導體晶圓等具有很強的穿透性。這些特點使太赫茲成像技術(shù)在質(zhì)量控制和安全檢測等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)的光學成像方法通常是利用從單個光源發(fā)出的光束被擴束后照射整個成像物體，經(jīng)過成像物體的光束通過一個成像透鏡投射到探測陣列上（例如感光膠片、CCD相機等），因為經(jīng)過目標的光束攜帶了物體的信息，這樣在探測陣列上就可以獲得物體的圖像。但是，這種傳統(tǒng)的光學成像方法應(yīng)用到太赫茲領(lǐng)域受到諸多限制。首先是制作太赫茲探測陣列，特別是有足夠像素的太赫茲探測陣列非常困難，價格十分昂貴；其次太赫茲探測陣列的靈敏度也很低，這樣將太赫茲信號能量細分到整個探測器陣列上會極大地降低系統(tǒng)的信噪比(Signal?to?Noise?Ratio)，嚴重影響成像質(zhì)量。因為這些原因，目前采用的太赫茲成像方法都是基于逐點掃描的方式來獲得二維圖像，這樣獲取一幅太赫茲圖像需要耗費大量的時間，極大地限制了太赫茲成像技術(shù)的應(yīng)用。

實用新型內(nèi)容

本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種二維太赫茲成像系統(tǒng)，解決現(xiàn)有的太赫茲逐點掃描成像方法耗時過長、以及缺少有效的二維太赫茲探測陣列以致無法進行高效的二維太赫茲直接成像的問題。

本實用新型的技術(shù)方案為：

一種二維太赫茲成像系統(tǒng)，包括有順次設(shè)置的飛秒激光器、衍射分光裝置、激光聚焦透鏡、太赫茲光導天線陣列、太赫茲成像透鏡、太赫茲聚焦透鏡和太赫茲探測器。

所述的衍射分光裝置選用分光光柵。

所述的太赫茲探測器選用太赫茲功率探測器或太赫茲場探測器。

本實用新型的設(shè)計原理為：

根據(jù)光路可逆原理，如果在成像系統(tǒng)中，用光源陣列代替探測陣列，用單個探測器代替單個光源，這樣光源陣列上的每一個點相當于一個像素，對應(yīng)成像物體上的每一個點；經(jīng)過成像物體的載波通過聚焦透鏡會聚到單個探測器上，只要光源陣列上每一個點源發(fā)出的信號是可分辨的，這樣用單個探測器就能夠同時獲得每一個點源發(fā)出的信號的信息，從而獲得物體的二維圖像信息。

由衍射分光裝置產(chǎn)生的激光束組在太赫茲光導天線陣列上對應(yīng)激發(fā)產(chǎn)生太赫茲波束組。利用太赫茲波束組作為光源進行二維成像，需要每一束太赫茲波在終端的單個太赫茲探測器上是可分辨的。這可以通過對太赫茲光導天線陣列上的每一個天線施加不同頻率的交流偏置電壓來實現(xiàn)。當激光激發(fā)太赫茲光導天線產(chǎn)生太赫茲波時，在天線上施加頻率為f的交流偏置電壓，相當于對太赫茲波進行調(diào)制，調(diào)制頻率為f。相應(yīng)的，給光導天線陣列上的每個光導天線都施加交流偏置電壓，并且頻率各不相同，這樣每個太赫茲波源都受到調(diào)制。在探測端，利用鎖相檢測技術(shù)，就可以把每一個太赫茲光導天線發(fā)出的信號（像素）分辨出來，從而獲得二維太赫茲圖像。

本實用新型的優(yōu)點為：

本實用新型可以直接獲得二維太赫茲圖像，成像速度較傳統(tǒng)的逐點掃描成像方法大大提高。每一個太赫茲光導天線需要大約10?mW的激發(fā)功率，一臺1W輸出的飛秒激光通過衍射分光裝置可以分成10X10的光束組，去激發(fā)10X10的光導天線陣列，這樣成像速度理論上可提高100倍。而且這種成像裝置不需要采用太赫茲探測陣列，這也降低了系統(tǒng)的復雜程度，節(jié)約了成本。

附圖說明

圖1是本實用新型的使用結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

見圖1，一種二維太赫茲成像系統(tǒng)，包括有順次設(shè)置的飛秒激光器1、衍射分光裝置2、激光聚焦透鏡3、太赫茲光導天線陣列4、太赫茲成像透鏡5、太赫茲聚焦透鏡7和太赫茲探測器8；衍射分光裝置2選用分光光柵；太赫茲探測器8選用太赫茲功率探測器或太赫茲場探測器。

見圖1，本實用新型的成像方法，包括以下步驟：

（1）、先將成像物體6放置于太赫茲成像透鏡5和太赫茲聚焦透鏡7之間；