[發明專利]一種太赫茲近場成像系統及方法

有效

• 申請號: 202010980153.2
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112083196B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 胡旻;王月瑩
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01Q60/18
• 分類號: G01Q60/18;G01Q60/22
• 代理公司: 成都云縱知識產權代理事務所(普通合伙) 51316
• 代理人: 劉沙粒;伍星

一種太赫茲近場成像系統及方法，系統包括激光器，用于產生飛秒激光，飛秒激光經過分束鏡分為入射光和檢測光，入射光傳輸至入射單元，檢測光傳輸至延時單元經延時后傳輸至光導開關并觸發光導開關導通；入射單元，用于在入射光的激勵下產生入射信號，入射信號激勵金屬探針產生局域場，局域場激勵金屬探針探測方向上的樣品產生近場信號；金屬探針，用于將近場信號耦合成電流信號，電流信號經金屬探針、傳輸線、光導開關傳輸至后端處理單元；后端處理單元，用于接收和處理電流信號，得到樣品表面的近場信息。本發明利用金屬探針以電流的形式激發和提取樣品表面的近場信號，不僅能夠顯著提高近場信號的信噪比和信號強度，并且大幅簡化近場光路設計。

技術領域

本發明涉及太赫茲成像領域，具體涉及一種太赫茲近場成像系統及方法。

背景技術

太赫茲(Terahertz，THz)波通常是指頻率為100GHz～10THz，波長為30～3000μm的電磁波，在電磁波譜中位于毫米波和遠紅外射線之間，具有低輻射、強穿透性、以及與生物、半導體材料易產生共振的光學屬性，這些特點使得太赫茲近場成像技術被廣泛地應用于安檢安防、化學品鑒定、醫學成像、質量控制等領域。近年來，隨著太赫茲頻段信號源和檢測手段等技術的逐漸成熟，太赫茲頻段的近場高分辨率成像技術也逐步發展起來。

現有技術中，用于太赫茲頻段的掃描近場光學顯微鏡為散射型掃描近場光學顯微鏡，其主要以固態微波信號源、氣體激光器和太赫茲時域光譜儀等作為信號源，入射波通過復雜的光路模塊入射到探針上，通過探針的聚焦和散射作用，將樣品表面的近場信息轉化為散射波，再通過光學元件收集和傳播到探測器。

傳統的散射型掃描近場光學顯微鏡無法直接接收到樣品表面的近場信息，通常利用探針的散射效應將近場信號傳播到遠場，因此需要非常復雜而精密的信號收集光路系統。例如專利CN111060719A所提供的太赫茲近場顯微鏡的太赫茲脈沖束引出機構即是通過設計復雜且精密的光路系統將樣品產生的近場信號傳播到遠場。專利CN106442394B公開了一種太赫茲近場成像系統，其利用自混頻效應代替近場探測器，且近場探針反射的近場太赫茲信號與入射信號共光路，有效地簡化了光路系統。

但是，發明人發現，利用光路系統將近場信號傳播到遠場這種信號提取方式仍然存在兩個核心問題。其一，在遠場收集到的信號中，含有近場信息的部分通常來說非常少，大部分都是無用的背景散射信號，因此信噪比非常低；其二，光路系統的精度要求非常高，需要納米級別分辨率的位移臺精調，稍有偏差則信號的強度和信噪比將顯著下降。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種太赫茲近場成像系統，其利用掃描近場光學顯微鏡的金屬探針將樣品表面產生的近場信號耦合成電流，并通過傳輸線直接將電流傳遞到后端處理器進行處理，進而得到樣品表面的近場信息，實現金屬探針直接從樣品表面提取近場信號，不僅省去了用于提取傳播近場信號的精密且復雜的光路系統，顯著降低了制造成本，簡化了掃描近場光學顯微鏡的構造，而且金屬探針能夠直接提取到樣品表面的高質量的近場信號，避免了在光路系統中傳輸時混入遠場信號，顯著地提高了近場信號的提取效率，提高了信號的信噪比，簡化了后續信號處理難度。

具體地，上述目的通過下述技術方案實現：

激光器，用于產生飛秒激光，所述飛秒激光經過分束鏡分為入射光和檢測光，所述入射光傳輸至入射單元，所述檢測光傳輸至延時單元經延時后傳輸至光導開關并觸發光導開關導通；

入射單元，用于在入射光的激勵下產生入射信號，所述入射信號用于激勵金屬探針產生局域場，所述局域場用于激勵金屬探針探測方向上的樣品產生近場信號；

金屬探針，用于將近場信號耦合成電流信號，所述電流信號經金屬探針、傳輸線、光導開關傳輸至后端處理單元；

后端處理單元，用于接收和處理電流信號，得到樣品表面的近場信息。