[實用新型]一種太赫茲波遠場探測超衍射分辨成像儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320594920.1
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN203489968U
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟坤;朱禮國;劉喬;鐘森城;雷江波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: G01J3/42
• 分類號: G01J3/42
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 徐宏;吳彥峰

技術(shù)領(lǐng)域??

本實用新型涉及太赫茲光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種太赫茲波遠場探測超衍射分辨成像儀。

背景技術(shù)

太赫茲波與其他波段的電磁輻射一樣可以用來對物體成像，而且根據(jù)太赫茲的大多物質(zhì)在太赫茲波段都可有指紋譜等特性，使太赫茲成像相比其他成像方式更具優(yōu)勢。?

1995年，Hu等在THz-TDS系統(tǒng)中增加二維掃描平移臺，首次實現(xiàn)脈沖太赫茲時域光譜成像，并成功對樹葉、芯片等被測樣品成像。由于這種成像方法獲得的被測樣品的光譜信息，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)成像，而且能夠?qū)崿F(xiàn)功能成像，隨著對太赫茲波新特性的深入了解，太赫茲成像技術(shù)快速發(fā)展起來，涌現(xiàn)出了許多諸如太赫茲二維電光取樣成像、層析成像、太赫茲啁啾脈沖時域場成像、近場成像、太赫茲連續(xù)波成像等，可應(yīng)用與生物醫(yī)學(xué)、質(zhì)量檢測、安全檢查、無損檢測等眾多領(lǐng)域。?

???對于太赫茲時域光譜成像系統(tǒng)，所獲取的數(shù)據(jù)集合實際是三維時空的數(shù)據(jù)（二維空間（x，y）軸向和一維時間軸向）。利用該三維數(shù)據(jù)集合可得到一系列被測樣品的太赫茲圖像，即皮秒量級的電影。另外由于在一個時間點上的太赫茲圖像所包含的信息量很少，所以通常要獲取整個三維的數(shù)據(jù)集合。而太赫茲圖像的重構(gòu)通常是基于太赫茲時域波形的特定參數(shù)或方位的延遲時間。?

太赫茲成像技術(shù)以其獨特的光譜特性和穿透性，在物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、安檢等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。但是由于太赫茲波的波長較長（1THz波長為0.3mm），受衍射效應(yīng)的限制，太赫茲成像的空間分辨率在亞毫米量級，限制了其成像質(zhì)量，難以用于細微結(jié)構(gòu)的成像。目前解決這一問題的途徑是將近場成像技術(shù)（由瑞利判據(jù)可知，太赫茲成像技術(shù)存在空間分辨率不足的限制，由此限制了太赫茲波成像技術(shù)的實用化，所以需要突破衍射極限，提高太赫茲成像系統(tǒng)的空間分辨率。瞬逝波隨距離的增加以指數(shù)衰減，傳播距離在一個波長以內(nèi)，無法抵達傳統(tǒng)成像設(shè)備的像平面。如果將探測器放置于被測樣品附近（一個波長之內(nèi)），就可探測到瞬逝波，由此就可以對被測樣品進行亞波長高分辨率的成像，此即為近場成像技術(shù)。）應(yīng)用到太赫茲成像。但是由于近場成像要求被測樣品緊貼探針，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且普適性差，在很大程度上限制了超衍射分辨太赫茲成像技術(shù)的應(yīng)用范圍。能夠?qū)崿F(xiàn)微米量級成像分辨能力的太赫茲波遠場探測成像技術(shù)一直沒有得以解決。?

實用新型內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種太赫茲波遠場探測超衍射分辨成像儀，將太赫茲波遠場成像的空間分辨能力提高到微米量級，提高太赫茲成像質(zhì)量，拓展太赫茲成像技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。?

本實用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種太赫茲波遠場探測超衍射分辨成像儀包括：太赫茲發(fā)射器，用于產(chǎn)生太赫茲波；激光產(chǎn)生裝置，用于產(chǎn)生激光光束，并進行激光光束調(diào)制；角度轉(zhuǎn)換器，用于調(diào)節(jié)激光光束入射角、太赫茲波入射角，使得激光光束入射角、太赫茲波入射角相同，并且激光光束、太赫茲波中心點重合；所述太赫茲波通過太赫茲發(fā)射器產(chǎn)生；?孔徑成像裝置，用于將通過角度轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)后的激光光束、太赫茲波，聚焦到孔徑成像裝置的測試窗口；實現(xiàn)對被測樣品的成像，其中孔徑成像裝置通過二維掃描平移臺移動；?太赫茲探測器，用于探測被測樣品反射或透射的太赫茲波，并輸出相應(yīng)的電信號；鎖相放大器，用于接收激光產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的參考信號，同時接收太赫茲探測器輸出的電信號，進行信號提取及放大，得到被測樣品圖像；太赫茲發(fā)射器、激光產(chǎn)生裝置分別通過角度轉(zhuǎn)換器與孔徑成像裝置測試窗口光連接，孔徑成像裝置輸出端與太赫茲探測器光連接，激光產(chǎn)生裝置與鎖相放大器一輸入端連接，太赫茲探測器輸出端與鎖相放大器另一輸入端連接，鎖相放大器輸出被測樣品信號，計算機接收鎖相放大器輸出信號并重構(gòu)出被測樣品圖像。

所述激光產(chǎn)生裝置包括激光器、斬波器、第一透鏡，所述激光器輸出的激光光束通過第一透鏡、角度轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后聚焦于孔徑成像裝置，所述斬波器輸出其工作頻率信號給鎖相放大器一輸入端，斬波器輸出的工作頻率信號作為參考信號，所述第一透鏡是將通過斬波器的激光光束進行聚焦，使得被測樣品輪廓直徑Y(jié)_R為調(diào)制后的激光器光束直徑G_R滿足Y_R≥2G_R。?