[實用新型]基于立體相位光柵和孔徑分割技術(shù)的THz光譜成像儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720841823.6
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN207007335U
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 舒嶸;楊秋杰;何志平;黃敬國;黃志明;秦俠格
• 申請（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: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/18;G01J3/02;G01N21/3586;G01N21/01
• 代理公司: 上海滬慧律師事務(wù)所31311
• 代理人: 李秀蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本專利涉及一種太赫茲光譜成像儀，具體涉及一種能實時獲取目標(biāo)THz光譜與圖像信息的光譜成像儀。所述THz光譜成像儀由前置鏡、前置視場光闌、前置準(zhǔn)直鏡、立體相位光柵、后置會聚鏡、后置視場光闌、后置準(zhǔn)直鏡、子孔徑成像鏡、探測器、探測器控制處理系統(tǒng)和控制采集處理計算機組成。所述探測器以孔徑分割方式同時獲取目標(biāo)場景被立體相位光柵N個元胞所衍射的N個零級衍射光的光強信息，依據(jù)立體相位光柵的N個元胞所對應(yīng)的N個光程差，獲得N組光程差與光強的對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)，通過傅里葉變換，實時獲取目標(biāo)的THz譜和像，適用于THz光譜檢測、分析等相關(guān)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

太赫茲(THz)波是指頻率在0.1—10T(波長為3000—30μm)范圍內(nèi)的電磁波(1THz＝10¹²Hz)。目前THz波的產(chǎn)生體制有兩種，基于光子學(xué)的THz波發(fā)生器，和利用自由電子的THz輻射源。基于光子學(xué)手段的THz波發(fā)生器受制于低效率的光能轉(zhuǎn)換效率，基于自由電子的THz輻射源受制于器件尺寸的不斷縮小使器件十分脆弱，因此兩種方式獲取的THz輻射能量目前尚都不超過20mW。而大氣中水汽的較強吸收，使的目標(biāo)太赫茲譜的探測面臨很大困難。

目前，適用于太赫茲波段的光譜儀器主要有兩類：紅外傅里葉光譜儀和太赫茲時域光譜儀(THz-TDS)。紅外傅里葉光譜儀使用傅里葉變換技術(shù)分光具有多通道、高通量的特點，但傅里葉變換技術(shù)依賴動鏡的順次掃描，不能實時成譜，限制了其在快速變化、復(fù)雜環(huán)境中的使用；其次，紅外傅里葉光譜儀基于邁克爾遜干涉儀的基本構(gòu)型，其中必不可少的分束片使入射光能損耗50％，限制了儀器在微弱信號探測中的使用；此外紅外傅里葉光譜儀引入了移動部件和步進控制電機，增加體積和功耗的同時，影響了儀器的使用壽命。

THz-TDS對太赫茲信號的探測基于光電導(dǎo)取樣或電光取樣，對物體成譜時，需要依次完成波長維，空間維的掃描，需要耗費大量的時間；其次THz-TDS需要使用飛秒激光器作為太赫茲波的輻射裝置，使得儀器的體積龐大，移動困難；此外THz-TDS其用途是在實驗室環(huán)境中測量物質(zhì)在太赫茲波段的透、反率特性，并不適合野外環(huán)境對有限距離目標(biāo)的太赫茲譜探測與成像應(yīng)用。

上述兩種種現(xiàn)有技術(shù)的缺點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一、傅里葉光譜儀和THz-TDS，完成物體的成像過程需要花費較長時間，不適用于復(fù)雜多變環(huán)境條件下，目標(biāo)太赫茲譜的實時探測與成像需求；二、THz-TDS其用途是在實驗室環(huán)境中測量物質(zhì)在太赫茲波段的透、反率特性，并不適合野外環(huán)境對有限距離目標(biāo)的太赫茲譜探測與成像應(yīng)用；三、傅里葉光譜儀和THz-TDS，其體積龐大，不便于攜帶。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本專利提供了一種基于靜態(tài)傅里葉變換的太赫茲譜探測與成像裝置，適用于目標(biāo)的太赫茲譜實時探測與成像。

本專利的技術(shù)方案如下：

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，包括依據(jù)光路傳輸依次排列的前置鏡1、前置視場光闌2、前置準(zhǔn)直鏡3、立體相位光柵4、后置會聚鏡5、后置視場光闌6、后置準(zhǔn)直鏡7、子孔徑會聚鏡8、探測器9，所述探測器9還依次連接有探測器控制處理系統(tǒng)10和控制采集處理計算機11，如說明書附圖1所示。上述前置準(zhǔn)直鏡3、立體相位光柵4、后置會聚鏡5、后置視場光闌6、后置準(zhǔn)直鏡7、子孔徑會聚鏡8組成基于立體相位光柵分光的孔徑分割THz光譜成像系統(tǒng)。上述前置鏡1的焦面與前置準(zhǔn)直鏡3的前焦面重合；上述前置視場光闌2是方形，位于前置鏡1的焦面，其尺寸與視場和探測器9的面積相匹配；上述后置會聚鏡5的焦面與后置準(zhǔn)直鏡7的前焦面重合；上述后置視場光闌6是圓形，位于后置會聚鏡5的焦面，其開孔大小僅允許光柵的零級衍射光通過。上述前置鏡1、前置準(zhǔn)直鏡3、后置會聚鏡5、后置準(zhǔn)直鏡7、子孔徑會聚鏡8采用太赫茲波段的復(fù)消色差設(shè)計。

上述太赫茲立體相位光柵4的結(jié)構(gòu)如說明書附圖2所示，由長方體金屬板12上表面刻出一系列平整光滑的矩形凹槽構(gòu)成，金屬板的材質(zhì)是鋁、鐵、鋁合金或鈦合金，所述的凹槽底面與長方體金屬板12的上表面平行，凹槽的深度分別為h₁、h₂、…、h_N-1、h_N，h₁、h₂、h₃、…、h_N-2、h_N-1、h_N，順次增大，N為元胞的個數(shù)，深度相同的凹槽視為一個元胞。