[實用新型]一種用于太赫茲波束整形的準光學系統

有效

• 申請號: 201922378054.2
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN211086820U
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 朱新勇;王玉建;劉永利;張朝惠
• 申請（專利權）人: 青島青源峰達太赫茲科技有限公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 付麗麗

本實用新型公開了一種用于太赫茲波束整形的準光學系統，包括平板半導體晶體、超半球硅透鏡、非球面準直透鏡，超半球硅透鏡一面為超半球面，一面為平面，平板半導體晶體固定于超半球硅透鏡平面側，非球面準直透鏡置于超半球硅透鏡超半球面側，平板半導體晶體在飛秒激光脈沖和直流偏置電壓的激發下產生準直太赫茲波；產生的太赫茲波直接進入超半球硅透鏡和非球面準直透鏡，輸出平行太赫茲波束。還可包括非球面聚焦透鏡和焦面，平行太赫茲波束進入非球面聚焦透鏡，到達測試焦面位置，產生聚焦太赫茲波。其減少了水汽吸收的影響，提高了系統分辨率，降低了全反射波束的比例，使得最大透過率達到72％，提升了太赫茲信號質量。

技術領域：

本實用新型屬于太赫茲光譜和成像技術領域技術領域，具體涉及一種用于太赫茲波束整形的準光學系統。

背景技術：

太赫茲指的是頻率在0.1THz-10THz之間的一種電磁波,在波譜圖上位于紅外與毫米波之間,對于太赫茲的研究長期處于空白階段,20世紀80年代以來,隨著超快光電子技術與低尺度半導體技術的發展,人們才逐漸開始了太赫茲波段的研究。作為新興科技，太赫茲技術受到各國政府的重視，2004年被美國評為“改變未來世界的十大技術”之一，2005年被日本列為“國家支柱十大重點戰略目標”，2005年我國也召開了以太赫茲為主題的香山科學會議。

太赫茲波在物質檢測與成像方面具有很多獨特的優點：(1)太赫茲光譜的頻段對應很多大分子整體振動模式和分子間振動模式,這些振動模式對于外界環境更為敏感,使太赫茲光譜在物質特性研究方面具有其它測試手段無法企及的優勢；(2)太赫茲屬于圖譜合一的測量方式，可以同時得到圖像與頻譜的信息，從而對待測物進行多維度分析；(3)太赫茲系統對黑體輻射(熱背景)不敏感,可以達到較高的信噪比；(5)太赫茲光子能量很低，只有meV級別，不會對生物組織產生電離作用，對活體生物很安全；(6)太赫茲具有獨特的穿透性，對于很多非極性材料((如塑料、橡膠、纖維、泡沫等)的穿透性很強，非常適用于無損檢測領域。

基于太赫茲技術如此多的優良特性,使它在軍事、安檢、產品質量檢測、生物、醫學、化學和物理學等各個領域都具有潛在的應用價值和廣闊的應用前景。

在太赫茲系統的實際應用中，非常關鍵的一環是對于太赫茲波的收集與整形，使其能夠準確穿透待測物從而獲取有效信息。目前比較常用的方法是由飛秒激光激發特殊制備的半導體晶體，發射太赫茲波，經由硅透鏡對太赫茲波發散角進行約束，進一步的通過一對平凸透鏡對太赫茲波束進行聚焦，焦點位置位于待測物表面。如圖1為現有的太赫茲波束整形系統，由太赫茲光電導發射天線(1)、準直平凸透鏡(2)、聚焦平凸透鏡(3)組成，其中由太赫茲光電導發射天線(1)內部集成了發射太赫茲波的半導體晶體與硅透鏡，準直平凸透鏡(2)與聚焦平凸透鏡(3)均為球面面型，且材料為HDPE或TPX。

但是目前的應用中存在以下幾個問題：(1)太赫茲發射天線由廠家單獨提供(如menlosystem、toptica等)，與后續的透鏡系統不能很好的匹配；(2)硅透鏡與平凸透鏡面型為標準球面，存在較大球差，使得太赫茲波束不能很好的聚焦；(3)硅透鏡折射率較大，其全反射臨界角較小，使得很大一部分太赫茲波陷入在硅透鏡內部；(4)雙平凸透鏡一般采用的材料的高密度聚乙烯(HDPE)或聚4-甲基-1-戊烯(TPX)，但是HDPE在2.2THz處存在明顯的吸收峰，且在高頻段的透過率不高，TPX在6THz以上的透過率也較低，這兩種材料都會對太赫茲信號的高頻部分造成較大衰減，影響測量效果；(5)太赫茲波束在空氣中的傳輸光路過長，由于水汽吸收問題導致信號減弱，水汽吸收峰也會導致信號失真。

實用新型內容：

本實用新型目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計一種用于太赫茲波束整形的準光學系統，結合具體的光學系統光路結構進行機械結構的設計。克服了目前通用的太赫茲波束傳輸光路透鏡匹配程度不高、球差較大、透過率低、信號衰減等缺點，