[實(shí)用新型]一種近場(chǎng)太赫茲波光譜成像系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201822129740.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN209356405U
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯遠(yuǎn)甫;佘榮斌;劉文權(quán);李光元;焦國華;呂建成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01N21/552
• 分類號(hào): G01N21/552
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強(qiáng)

本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N近場(chǎng)太赫茲波光譜成像系統(tǒng)，利用衰減全反射模塊的全反射原理，在衰減全反射模塊的表面形成太赫茲波倏逝場(chǎng)，如此待測(cè)樣品緊貼上述表面就能達(dá)到近場(chǎng)探測(cè)的目的。衰減全反射模塊的使用能夠直接承載待測(cè)樣品而不需要設(shè)計(jì)單獨(dú)的夾具，因而在檢測(cè)樣品，甚至是在體檢測(cè)時(shí)使用都更加方便。此外，采用光控法實(shí)現(xiàn)太赫茲波段的單像素成像，由于調(diào)制掩膜是投影在體材料衰減全反射模塊上，因而對(duì)投影面位置的精確度要求也不需要很高。進(jìn)一步結(jié)合太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量原理，通過重構(gòu)不同時(shí)刻的太赫茲光場(chǎng)信號(hào)，從而使用更短的時(shí)間達(dá)到了高分辨率太赫茲多光譜成像的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及太赫茲近場(chǎng)成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

太赫茲波是指(頻率0.1THz-10THz或波長30μm-3000μm)位于微波波段與光學(xué)波段之間的相干電磁輻射。它處于電磁波譜中電子學(xué)向光子學(xué)過渡的特殊位置而具有獨(dú)特的性質(zhì)。例如，許多重要生物分子(如蛋白質(zhì)、DNA)和生物細(xì)胞的低頻振動(dòng)(如分子的骨架集體振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)以及分子之間的弱作用力)特征模式均處于太赫茲頻譜范圍內(nèi)(光譜指紋性)。基于太赫茲光譜分析，可以解析生物分子的空間構(gòu)象、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、水化作用及生物功能等相關(guān)信息。此外，太赫茲能夠穿透多種非極性材料(紙張，塑料，陶瓷等)，實(shí)現(xiàn)隱藏目標(biāo)成像。特別地，相比于應(yīng)用廣泛的X射線，太赫茲波的光子能量較低(0.41-41meV)，使得太赫茲波對(duì)生物分子無損傷，對(duì)生物細(xì)胞無電離，可作為一種理想的生物醫(yī)學(xué)無損檢測(cè)手段。近年來，太赫茲技術(shù)在基礎(chǔ)物理、工業(yè)應(yīng)用、生物醫(yī)學(xué)和國防安全等領(lǐng)域展現(xiàn)了重大的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景，被美國、歐盟、日本和我國列為改變未來世界的前瞻技術(shù)。

太赫茲光譜及成像被視為最為重要的應(yīng)用技術(shù)之一，其通過分析太赫茲波與待測(cè)樣品相互作用而獲得待測(cè)樣品豐富的物理和化學(xué)信息。太赫茲波長處于毫米/亞毫米量級(jí)，對(duì)于一般的大目標(biāo)檢測(cè)，太赫茲成像可以獲得較為滿意的結(jié)果。然而，隨著太赫茲技術(shù)及其在物質(zhì)表征和生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域的深入研究與發(fā)展，人們對(duì)太赫茲圖像分辨率和精細(xì)度的要求也日益提高。由于衍射極限的限制，太赫茲遠(yuǎn)場(chǎng)的光譜成像系統(tǒng)及方法難以滿足這些需求。因此突破衍射極限是太赫茲成像亟待解決的問題。于是，太赫茲近場(chǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。近場(chǎng)技術(shù)能夠采集并利用被測(cè)信號(hào)中的倏逝波(亞波長量級(jí))，從而實(shí)現(xiàn)亞波長尺度的圖像分辨率，因而由此得到的近場(chǎng)圖像能夠顯示更為精細(xì)的結(jié)構(gòu)。

目前，突破太赫茲波段衍射極限的近場(chǎng)成像主要是近場(chǎng)探針掃描成像法(參見“劉宏翔等，太赫茲波近場(chǎng)成像綜述，紅外與毫米波學(xué)報(bào)，2016”)。由于探針探測(cè)的是距離樣品表面一個(gè)波長以內(nèi)的倏逝波信號(hào)，所以探測(cè)掃描時(shí)探針必須置于非常靠近樣品表面的位置。這就要求探針及其相關(guān)光路必須滿足這種空間需求，無疑增加了成像系統(tǒng)的復(fù)雜度和難度。一般成像時(shí)采用對(duì)樣品的光柵掃描，通常獲取圖像的耗時(shí)較長，且對(duì)樣品掃描的精確控制要求也較高。最近，為了克服近場(chǎng)探針的不足，國外RAYKO I.STANTCHEV等人(參見“Compressed sensing with near-field THz radiation,Vol.4,No.8,Optica,2017”)利用光控超薄硅片的近場(chǎng)照明方案，實(shí)現(xiàn)了9μm成像分辨率的近場(chǎng)太赫茲成像。但是薄硅片的使用使得對(duì)投影焦面控制要求較高，而且薄硅片不利于承載樣品。其成像方式為透射式，無法實(shí)現(xiàn)在體的近場(chǎng)生物醫(yī)學(xué)成像。

實(shí)用新型內(nèi)容

有鑒于此，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N近場(chǎng)太赫茲光譜成像系統(tǒng)，利用太赫茲近場(chǎng)條件，結(jié)合光控法和太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)，無需任何的機(jī)械掃描就能實(shí)現(xiàn)單像素近場(chǎng)太赫茲光譜檢測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高分辨的亞波長太赫茲多光譜成像。