[發(fā)明專利]一種基于立體相位光柵和孔徑分割技術(shù)的THz光譜成像儀

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710037295.3
• 申請(qǐng)日: 2017-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN106706130A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 舒嶸;楊秋杰;何志平;黃敬國;黃志明;秦俠格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28;G01J3/18;G01J3/02;G01N21/3586;G01N21/01
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 郭英

1.一種基于立體相位光柵和孔徑分割技術(shù)的THz光譜成像儀，包括由N個(gè)元胞構(gòu)成的太赫茲立體相位光柵(4)，以及依據(jù)光路傳輸依次排列的前置鏡(1)、探測(cè)器(9)，所述探測(cè)器(9)還依次連接有探測(cè)器控制處理系統(tǒng)(10)和控制采集處理計(jì)算機(jī)(11)，其特征在于：

所述的THz光譜成像儀依據(jù)光路傳輸依次排列的前置鏡(1)、前置視場(chǎng)光闌(2)、前置準(zhǔn)直鏡(3)、立體相位光柵(4)、后置會(huì)聚鏡(5)、后置視場(chǎng)光闌(6)、后置準(zhǔn)直鏡(7)、子孔徑會(huì)聚鏡(8)、探測(cè)器(9)，所述探測(cè)器(9)依次連接有探測(cè)器控制處理系統(tǒng)(10)和控制采集處理計(jì)算機(jī)(11)；

所述前置準(zhǔn)直鏡(3)、立體相位光柵(4)、后置會(huì)聚鏡(5)、后置視場(chǎng)光闌(6)、后置準(zhǔn)直鏡(7)、子孔徑會(huì)聚鏡(8)組成孔徑分割THz光譜成像光學(xué)系統(tǒng)；所述前置鏡(1)的焦面與前置準(zhǔn)直鏡(3)的前焦面重合；所述前置視場(chǎng)光闌(2)是方形，位于前置鏡(1)的焦面，其尺寸與視場(chǎng)和探測(cè)器(9)的面積相匹配；所述后置準(zhǔn)直鏡(5)的焦面與后置準(zhǔn)直鏡(7)的前焦面重合；所述后置視場(chǎng)光闌(6)是圓形，位于前置鏡(5)的焦面，其開孔大小僅允許光柵的零級(jí)衍射光通過；

所述探測(cè)器(9)以孔徑分割方式同時(shí)獲取目標(biāo)場(chǎng)景被立體相位光柵(4)N個(gè)元胞所衍射的N個(gè)零級(jí)衍射光的光強(qiáng)信息，N為正整數(shù)，N的取值滿足：

$N\≥\frac{4h_{max}{\mathrm{\σ}}_{max}}{\cos \left(\mathrm{\α}\right)}$

式中：上述h_max為立體相位光柵(4)的最大槽深，α表示太赫茲波在立體相位光柵表面的入射角α為光線入射角，σ_max表示所用太赫茲波段的最大波數(shù)；所述探測(cè)器控制處理系統(tǒng)(10)對(duì)探測(cè)器(9)采集的N個(gè)信號(hào)進(jìn)行并行處理，同時(shí)提取其強(qiáng)度信息；所述控制采集計(jì)算機(jī)(11)對(duì)N個(gè)強(qiáng)度和對(duì)應(yīng)的光程差數(shù)據(jù)構(gòu)成的傅里葉變換對(duì)進(jìn)行傅里葉變換，即可獲取目標(biāo)的THz光譜，將THz光譜疊加可以獲得目標(biāo)的THz圖像。

2.根據(jù)權(quán)利1所述的基于立體相位光柵和孔徑分割技術(shù)的THz光譜成像儀，其特征在于：所述子孔徑會(huì)聚鏡(8)包括一片硅片(13)和設(shè)置于硅片上的一系列參數(shù)相同的矩形子透鏡構(gòu)成；所述子孔徑會(huì)聚鏡(8)中矩形子透鏡的數(shù)目與立體相位光柵(4)中光柵元胞的數(shù)目N保持一致，即子孔徑會(huì)聚鏡(8)中矩形子透鏡的數(shù)目為N；所述矩形子透鏡(i₁，…，i_N)的形狀參數(shù)與光柵元胞的形狀參數(shù)滿足：

e＝d×f₂/f₁；g＝b×f₂×cos(α)/f₁

其中e表示矩形子透鏡(i₁，…，i_N)的寬，g表示矩形子透鏡(i₁，…，i_N)的高，d表示立體相位光柵(4)的光柵周期，b表示立體相位光柵(4)單元胞的長，f₁表示后置會(huì)聚鏡(5)的焦距，f₂表示后置準(zhǔn)直鏡(7)的焦距，α表示太赫茲波在立體相位光柵表面的入射角。

3.根據(jù)權(quán)利1所述的基于立體相位光柵和孔徑分割技術(shù)的THz光譜成像儀，其特征在于：所述探測(cè)器(9)是適用于太赫茲波段的多元面陣探測(cè)器，探測(cè)器的像元數(shù)目必須是子孔徑會(huì)聚鏡(8)中矩形子透鏡數(shù)目N的整數(shù)倍。

4.根據(jù)權(quán)利1所述的基于立體相位光柵和孔徑分割技術(shù)的THz光譜成像儀，其特征在于：所述前置鏡(1)、前置準(zhǔn)直鏡(3)、后置會(huì)聚鏡(6)、后置準(zhǔn)直鏡(7)、子孔徑會(huì)聚鏡(8)采用太赫茲波段的經(jīng)復(fù)消色差設(shè)計(jì)的光學(xué)鏡頭。