[發(fā)明專利]一種基于雙模式的太赫茲波高靈敏度成像裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811305989.1
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109444084A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐德剛;武麗敏;王與燁;姚建銓
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李林娟

本發(fā)明公開了一種基于雙模式的太赫茲波高靈敏度成像裝置，包括：反射窗口及全反射棱鏡，用于反射成像模式和全反射成像模式的快速切換；太赫茲波經(jīng)過平面反射鏡的反射被第一離軸拋物面鏡接收并聚焦入射到反射窗口(或全反射棱鏡)表面上；樣品放置在反射窗口(或全反射棱鏡)的底面；攜帶樣品信息的太赫茲波經(jīng)反射窗口(或全反射棱鏡)反射被第二離軸拋物面鏡接收；攜帶樣品信息的太赫茲波經(jīng)第二離軸拋物面鏡接收后被第三離軸拋物面鏡接收并聚焦入太赫茲波探測器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明用于太赫茲波成像領(lǐng)域，成像系統(tǒng)將反射和全反射兩種成像模式，緊湊的結(jié)合在一起并實(shí)現(xiàn)兩者的快速切換，即一種太赫茲波雙模式高靈敏度成像裝置。

背景技術(shù)

太赫茲波是指位于微波與紅外波之間的電磁波，其頻率為0.1～10THz，相應(yīng)波長為0.03mm～3mm。因太赫茲波處于宏觀向微觀過渡的區(qū)域，其具有寬帶性、低能性、指紋特性等獨(dú)特的優(yōu)勢，這使得太赫茲波成像技術(shù)在成像、安全檢測等領(lǐng)域有極大的應(yīng)用前景。

目前，常見的太赫茲波成像方式主要包括：透射式、反射式和衰減全反射式成像。透射式成像具有較高的靈敏度，操作簡單。但由于太赫茲波對極性分子(如水分子)的吸收較大，對于含水量較大的生物組織需要將樣品進(jìn)行切片，樣品制作復(fù)雜。反射式成像通常可保整樣品的完整性，其不僅可實(shí)現(xiàn)生物樣品表面的檢測且可以實(shí)現(xiàn)生物組織深層次檢測，目前已報道可實(shí)現(xiàn)皮下1200微米處組織的檢測。然而，反射式成像的靈敏度與分辨率較差，且對樣品表面的平整度要求較嚴(yán)格，因?yàn)闃悠繁砻嫱ǔ４植诓粌H產(chǎn)生漫反射且因此減弱信號光，這不利于樣品信息的獲取。

通常，太赫茲反射式成像采用對可見光透明的石英窗口緊貼并壓平樣本，該方法一方面可以清楚的觀察到樣品的成像區(qū)域并檢查樣品是否與窗口緊密貼合，另一方面，可以有效減小樣品表面的漫反射。衰減全反射成像的原理是當(dāng)光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時，入射角大于臨界角，則在光入射的表面產(chǎn)生倏逝波，利用倏逝波與樣品相互作用獲得樣品信息。該方法具有很高的成像靈敏度，但對含水量較大的樣品其穿透深度僅為幾十微米。另外，由于全反射棱鏡通常采用對可見光不透明的高阻硅材料，在活體成像過程中不僅無法直接觀察到掃描位置且無法確保樣品是否與棱鏡緊密接觸，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)時間與樣品破壞可能性的增加。

綜上可知，在太赫茲成像過程中，現(xiàn)在急需一種既具有高的成像靈敏度，不破壞樣品完整性，又可減少掃描時間和盡可能多的獲得樣品信息的成像方式或?qū)嶒?yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于雙模式的太赫茲波高靈敏度成像裝置，本發(fā)明將反射式和全反射式成像緊湊的結(jié)合在一套成像裝置中，通過具有透明窗口的反射式成像獲得樣品的重點(diǎn)檢測區(qū)域，再通過靈敏度較高的全反射成像獲得樣品的詳細(xì)細(xì)節(jié)信息，兩種成像方式只需要更換石英窗口與全反射棱鏡，其他元器件保持不動，詳見下文描述：

一種基于雙模式的高靈敏度太赫茲波成像裝置，太赫茲波平面反射鏡、第一太赫茲離軸拋物面鏡、第二太赫茲離軸拋物面鏡與第三太赫茲離軸拋物面鏡依次設(shè)置在太赫茲波的出射光路上；反射成像窗口及全反射成像棱鏡的底面被置于第一太赫茲離軸拋物面鏡和第二太赫茲離軸拋物面鏡的水平焦平面上；透過反射成像窗口的入射太赫茲波入射到樣品，經(jīng)樣品反射后，攜帶樣品信息的太赫茲波再次經(jīng)過反射成像窗口后被第二太赫茲波離軸拋物面鏡聚焦并接收，獲得反射成像，進(jìn)而得到樣品的大概圖像及樣品成像區(qū)域；太赫茲波經(jīng)第一太赫茲離軸拋物面鏡聚焦后以一定的角度，入射到全反射成像棱鏡的一個側(cè)面上，太赫茲波在垂直全反射成像棱鏡底面的方向產(chǎn)生倏逝波；倏逝波垂直入射到樣品進(jìn)行相互作用，攜帶樣品信息的太赫茲波在全反射成像棱鏡的另一個側(cè)面出射，出射后的太赫茲波被第二太赫茲離軸拋物面鏡收集并接收，并通過太赫茲波平面反射鏡反射，入射到太赫茲探測器，以獲得樣品的全反射成像結(jié)果，進(jìn)而獲得樣品的詳細(xì)信息。

其中，在不改變?nèi)魏窝b置參數(shù)下，將反射成像窗口替換成全反射成像棱鏡。