[發(fā)明專利]用于超分辨率成像的太赫茲結(jié)構(gòu)光調(diào)制裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810720802.8
• 申請(qǐng)日: 2018-07-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110673352A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐德剛;閆超;王與燁;唐隆煌;賀奕焮;李長(zhǎng)昭;孫忠誠(chéng);鐘凱;姚建銓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/58
• 分類號(hào): G02B27/58;H01S3/109
• 代理公司: 11021 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 李坤

一種用于超分辨率成像的太赫茲結(jié)構(gòu)光調(diào)制裝置，包括：激光源，用于產(chǎn)生激光；光調(diào)制單元，用于將激光源輸入的激光轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化調(diào)制光和基頻光的組合光；光學(xué)非線性增益單元，用于將光調(diào)制單元所輸入的組合光中的基頻光轉(zhuǎn)換為太赫茲波，同時(shí)此非線性頻率變換過(guò)程受到組合光中的結(jié)構(gòu)化調(diào)制光的調(diào)制；以及太赫茲探測(cè)器，對(duì)光學(xué)非線性增益單元所輸出的太赫茲波進(jìn)行測(cè)量，以緩解現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)制損耗較大，調(diào)制速率較低，成像光譜帶寬過(guò)寬，無(wú)法做到精細(xì)光譜成像，以及系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不夠穩(wěn)定、重復(fù)性較差等問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及非線性光學(xué)頻率變換，特別是涉及一種用于超分辨率成像的太赫茲結(jié)構(gòu)光調(diào)制裝置。

背景技術(shù)

太赫茲(Terahertz，簡(jiǎn)稱THz，1THz＝10¹²Hz)波段是指頻率從100GHz到10THz，相應(yīng)的波長(zhǎng)從3毫米到30微米，介于毫米波與紅外光之間頻譜范圍相當(dāng)寬的電磁波譜區(qū)域。由于該頻段是宏觀電子學(xué)向微觀光子學(xué)過(guò)渡的頻段，具有很多獨(dú)特的性質(zhì)。太赫茲波技術(shù)在生命科學(xué)、材料科學(xué)、固體物理、分子分析、大氣探索、化學(xué)氣體追蹤、材料測(cè)試、食品檢測(cè)等國(guó)民和國(guó)防安全等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和價(jià)值。

作為太赫茲波技術(shù)應(yīng)用的重要組成部分，太赫茲波成像已經(jīng)成為了現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)，相關(guān)研究在國(guó)土安全、生物醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體芯片制造等領(lǐng)域都有廣泛的開(kāi)展并取得了很多的研究成果。而在傳統(tǒng)的太赫茲波成像系統(tǒng)中，受限于太赫茲波的衍射極限，太赫茲波成像的分辨率一般在百微米量級(jí)，這對(duì)于處于微米或者亞微米尺度的生物細(xì)胞、或處于微米甚至納米尺度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，顯然無(wú)法做到足夠精細(xì)的微觀分辨，因此太赫茲波超分辨率成像技術(shù)也成為了最新的研究熱點(diǎn)。現(xiàn)在的研究一般集中于以下幾大類：第一類是基于外部光控實(shí)現(xiàn)太赫茲波調(diào)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)太赫茲波超分辨率成像的裝置，例如中國(guó)專利CN103398777A、CN104457989A、CN106932357A；第二類是基于太赫茲波近場(chǎng)成像的超分辨率成像裝置，例如中國(guó)專利CN106769994A；第三類是基于金屬微結(jié)構(gòu)諧振增強(qiáng)的太赫茲波超分辨率成像裝置，例如中國(guó)專利CN106645015A；第四類是基于飛秒激光成絲的太赫茲波超分辨率成像裝置，例如中國(guó)專利CN103411891A。以上前三類都屬于太赫茲波外部調(diào)制的超分辨率成像，存在調(diào)制損耗較大，調(diào)制速率較低的固有缺陷，而第四類屬于超快太赫茲波的內(nèi)調(diào)制的超分辨率成像，其應(yīng)用局限于超快太赫茲波領(lǐng)域，存在成像光譜帶寬過(guò)寬，無(wú)法做到精細(xì)光譜成像，以及系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不夠穩(wěn)定、重復(fù)性較差的缺陷。

綜合來(lái)說(shuō)，尋找一種基于太赫茲結(jié)構(gòu)光調(diào)制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效、高速太赫茲波超分辨率成像的裝置將成為太赫茲波技術(shù)在生命科學(xué)、材料科學(xué)、分子分析等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用的重要推動(dòng)力。

公開(kāi)內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本公開(kāi)提供了一種用于超分辨率成像的太赫茲結(jié)構(gòu)光調(diào)制裝置，利用光調(diào)制單元能夠在太赫茲波輻射源的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波前結(jié)構(gòu)的調(diào)制，以緩解現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)制損耗較大，調(diào)制速率較低，成像光譜帶寬過(guò)寬，無(wú)法做到精細(xì)光譜成像，以及系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不夠穩(wěn)定、重復(fù)性較差等問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

在本公開(kāi)中，提供一種用于超分辨率成像的太赫茲結(jié)構(gòu)光調(diào)制裝置，包括：激光源，用于產(chǎn)生激光；光調(diào)制單元，用于將激光源輸入的激光轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化調(diào)制光和基頻光的組合光；光學(xué)非線性增益單元，用于將光調(diào)制單元所輸入的組合光中的基頻光轉(zhuǎn)換為太赫茲波，同時(shí)此非線性頻率變換過(guò)程受到組合光中的結(jié)構(gòu)化調(diào)制光的調(diào)制；以及太赫茲探測(cè)器，對(duì)光學(xué)非線性增益單元所輸出的太赫茲波進(jìn)行測(cè)量。

在本公開(kāi)實(shí)施例中，所述激光源包括調(diào)制激光器和泵浦激光器，所述光調(diào)制單元包括：光調(diào)制組件，將調(diào)制激光器所輸入的激光進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)調(diào)制生成結(jié)構(gòu)化調(diào)制光并輸出；以及合束鏡，用于將光調(diào)制組件所輸出的結(jié)構(gòu)化調(diào)制光和泵浦激光器所發(fā)出的基頻光合束并輸出。