[實用新型]太赫茲亞波長分辨成像裝置

有效

• 申請號: 201720064390.8
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN206540822U
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 黃志明;周煒;姚娘娟;曲越;吳敬;高艷卿;黃敬國;張飛;尹一鳴;褚君浩
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01N21/3581
• 分類號: G01N21/3581;G01N21/3563
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本專利涉及太赫茲成像領域，涉及一種太赫茲亞波長分辨成像裝置。

背景技術

太赫茲(Terahertz/THz)波是指頻率在0.1-10THz(波長30-3000μm)范圍內的電磁波，具有低能性、相干性、寬帶性和穿透性等特性。因為這些獨特性質，太赫茲波在通信、天文、醫學成像、無損檢測和安保等領域具有廣泛的應用潛力，近年來已經成為國內外研究的熱點。太赫茲技術發展的重要研究內容之一是太赫茲探測技術，發展工作靈敏度高、使用方便、成本合理的太赫茲探測器，將在生物醫學及化學、環境監測、天文學和遙感、通信技術、安全檢查等領域發揮巨大效用，具有重大的應用意義。

雖然太赫茲成像技術在材料表征，半導體器件檢測，生物醫學，安全檢查等方面展現出了廣闊的應用前景，但目前的太赫茲波成像技術大多受制于傳統的光學反射-透射鏡組，以及器件的空間分辨率，成像最小分辨的尺寸大約為太赫茲波長的一半，使得其應用領域受限。對于結合了掃面探針技術的近場成像裝置而言，雖然其能夠獲得很高的成像分辨率，但單點掃描成像的方式速度較慢，也限制了在較大范圍內快速太赫茲探測成像的應用。因此突破衍射極限，實現快速的二維高分辨率成像，是太赫茲成像技術亟待解決的問題。

發明內容：

本專利的目的是公開一種透射式的太赫茲亞波長分辨成像裝置，能夠將太赫茲波近場成像的空間分辨率提高到優于0.02λ量級，提高近場成像質量，為 材料表征，生物醫學成像，半導體器件檢測提供技術支持。

本專利是將基于電磁勢阱誘導太赫茲探測器和線列太赫茲掃描成像技術相結合，通過不受光學衍射極限限制的太赫茲近場光學信號對物體成像，發展出一種可快速實現近場成像的亞波長分辨太赫茲成像裝置，成像分辨率可達到0.02λ量級。所述的透射式亞波長分辨太赫茲成像裝置，可以克服探針掃描式器件成像速度慢的問題，能快速獲得樣品表面形貌和樣品太赫茲波透射指紋光譜等信息，為材料表征，生物醫學成像，半導體器件檢測提供有效方法。

為達到上述目的，本專利提供以下技術方案：

一種太赫茲亞波長分辨成像裝置，包括控制電腦，0.15-0.5THz可調頻太赫茲固態倍頻源，離軸拋物面鏡，PE聚焦鏡，聚四氟乙烯樣品池，PET保護片，線列太赫茲探測器，聚氨酯吸收層，前置放大器及讀出電路，AD轉換器；

所述0.15-0.5THz可調頻太赫茲固態倍頻源為美國VDI公司制造，通過Agilent E8257D商用微波源提供基頻，經過12、24、36倍倍頻，逐點變化基頻微波頻率，可產生離散變化的太赫茲波，通過商用微波源內部提供的幅度調制功能，實現出射太赫茲波的方波調制，并為鎖相放大器提供參考信號；出射的太赫茲波通過拋物面鏡和PE聚焦鏡組會聚為準平行光，照射到聚四氟乙烯樣品池上，被測樣品上表面透射的太赫茲波通過線列太赫茲探測器接收；所述線列器件以直接探測方式工作，可直接獲得透射太赫茲波近場的場強分布信息；線列太赫茲探測器固定在可精密控制位移的三維調節架上，調節架用于調節器件敏感元和待測樣品之間的距離，及線列掃描測試位移動作；控制電腦用于協調控制Agilent E8257D商用微波源，倍頻器，鎖相放大器，線列探測器件和三維調節架的工作；

所述線列太赫茲探測器用于接收入射太赫茲波，獲得太赫茲近場信號，器 件電極尺寸不超過探測波長的0.2倍，器件敏感元尺寸不超過探測波長的0.02倍；所述的線列太赫茲器件安裝在氧化鋁襯底上，氧化鋁襯底表面為棱錐狀聚氨酯陣列材料，用于吸收入射的太赫茲波，減少反射波對探測信號的影響；器件天線用于增強敏感元的耦合效率，成像分辨率與敏感元尺寸相當，通過一維掃描和鎖相放大器逐點讀取線列器件各個敏感元兩端信號電壓，可快速獲得待測樣品透射太赫茲波的近場信息。

所述的線列太赫茲探測器8為碲鋅鎘襯底的64×1元的碲鎘汞探測器件，包括碲鎘汞敏感元8-1和耦合天線8-2，各探測單元位于氧化鋁襯底片9的上方，通過前置放大器及讀出電路11中的選擇芯片使線列器件各單元器件的信號逐個讀出，鎖相放大器對太赫茲探測器在微波源調制頻率基頻進行鎖相放大而提取出太赫茲波近場信號；

所述的耦合天線8-2為在器件兩側對稱分布的扇形天線，分別與器件兩側接觸，中間部分為碲鎘汞探測器件敏感元8-1；天線總尺寸不超過工作的波長的0.2倍，碲鎘汞探測器件敏感元8-1長度不超過探測波長的0.02倍；

所述的線列太赫茲探測器8下表面的PET隔離片12緊貼著被測樣品層7的上表面，距離樣品層不超過待測波長的0.1倍；被測樣品上表面透射的太赫茲波通過線列太赫茲探測器8接收。