[發明專利]用于超分辨率成像的太赫茲結構光調制裝置

在審

• 申請號: 201810720802.8
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN110673352A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 徐德剛;閆超;王與燁;唐隆煌;賀奕焮;李長昭;孫忠誠;鐘凱;姚建銓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G02B27/58
• 分類號: G02B27/58;H01S3/109
• 代理公司: 11021 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 李坤

一種用于超分辨率成像的太赫茲結構光調制裝置，包括：激光源，用于產生激光；光調制單元，用于將激光源輸入的激光轉化為結構化調制光和基頻光的組合光；光學非線性增益單元，用于將光調制單元所輸入的組合光中的基頻光轉換為太赫茲波，同時此非線性頻率變換過程受到組合光中的結構化調制光的調制；以及太赫茲探測器，對光學非線性增益單元所輸出的太赫茲波進行測量，以緩解現有技術中調制損耗較大，調制速率較低，成像光譜帶寬過寬，無法做到精細光譜成像，以及系統運轉不夠穩定、重復性較差等問題。

技術領域

本公開涉及非線性光學頻率變換，特別是涉及一種用于超分辨率成像的太赫茲結構光調制裝置。

背景技術

太赫茲(Terahertz，簡稱THz，1THz＝10¹²Hz)波段是指頻率從100GHz到10THz，相應的波長從3毫米到30微米，介于毫米波與紅外光之間頻譜范圍相當寬的電磁波譜區域。由于該頻段是宏觀電子學向微觀光子學過渡的頻段，具有很多獨特的性質。太赫茲波技術在生命科學、材料科學、固體物理、分子分析、大氣探索、化學氣體追蹤、材料測試、食品檢測等國民和國防安全等領域具有廣泛的應用前景和價值。

作為太赫茲波技術應用的重要組成部分，太赫茲波成像已經成為了現在的研究熱點，相關研究在國土安全、生物醫學、半導體芯片制造等領域都有廣泛的開展并取得了很多的研究成果。而在傳統的太赫茲波成像系統中，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，這對于處于微米或者亞微米尺度的生物細胞、或處于微米甚至納米尺度的半導體結構來說，顯然無法做到足夠精細的微觀分辨，因此太赫茲波超分辨率成像技術也成為了最新的研究熱點?，F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現太赫茲波調制，進而實現太赫茲波超分辨率成像的裝置，例如中國專利CN103398777A、CN104457989A、CN106932357A；第二類是基于太赫茲波近場成像的超分辨率成像裝置，例如中國專利CN106769994A；第三類是基于金屬微結構諧振增強的太赫茲波超分辨率成像裝置，例如中國專利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，例如中國專利CN103411891A。以上前三類都屬于太赫茲波外部調制的超分辨率成像，存在調制損耗較大，調制速率較低的固有缺陷，而第四類屬于超快太赫茲波的內調制的超分辨率成像，其應用局限于超快太赫茲波領域，存在成像光譜帶寬過寬，無法做到精細光譜成像，以及系統運轉不夠穩定、重復性較差的缺陷。

綜合來說，尋找一種基于太赫茲結構光調制技術來實現高效、高速太赫茲波超分辨率成像的裝置將成為太赫茲波技術在生命科學、材料科學、分子分析等領域的廣泛應用的重要推動力。

公開內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種用于超分辨率成像的太赫茲結構光調制裝置，利用光調制單元能夠在太赫茲波輻射源的內部實現對太赫茲波前結構的調制，以緩解現有技術中調制損耗較大，調制速率較低，成像光譜帶寬過寬，無法做到精細光譜成像，以及系統運轉不夠穩定、重復性較差等問題。

(二)技術方案

在本公開中，提供一種用于超分辨率成像的太赫茲結構光調制裝置，包括：激光源，用于產生激光；光調制單元，用于將激光源輸入的激光轉化為結構化調制光和基頻光的組合光；光學非線性增益單元，用于將光調制單元所輸入的組合光中的基頻光轉換為太赫茲波，同時此非線性頻率變換過程受到組合光中的結構化調制光的調制；以及太赫茲探測器，對光學非線性增益單元所輸出的太赫茲波進行測量。

在本公開實施例中，所述激光源包括調制激光器和泵浦激光器，所述光調制單元包括：光調制組件，將調制激光器所輸入的激光進行空間結構調制生成結構化調制光并輸出；以及合束鏡，用于將光調制組件所輸出的結構化調制光和泵浦激光器所發出的基頻光合束并輸出。