[發明專利]一種太赫茲焦平面成像探測器、成像系統及成像方法

在審

• 申請號: 202111192633.3
• 申請日: 2021-10-13
• 公開（公告）號: CN114034395A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 牟進超;朱海亮;李涼海;王開;張振華;劉甘雨;周雨欣;謝勝林;劉昊;黃輝
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: G01J5/48
• 分類號: G01J5/48;G01J5/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

1.一種太赫茲焦平面成像探測器，其特征在于，包括超表面吸波模塊、形變模塊、磁性探測模塊和數據讀出模塊，其中形變模塊與超表面吸波模塊連接，超表面吸波模塊底部設有磁性膜，超表面吸波模塊接收太赫茲信號后吸波產生熱量，使得形變模塊產生形變，帶動超表面吸波模塊底部的磁性膜隨之移動，從而將形變位移轉化為磁場變化，磁性探測模塊探測所述磁場變化，將磁場變化轉化為電阻值的變化，數據讀出模塊從磁性探測模塊讀取電阻信號并轉換為電壓信號后向外輸出。

2.根據權利要求1所述的太赫茲焦平面成像探測器，其特征在于，所述超表面吸波模塊包括n×m個超表面像元組成的像元陣列，每個超表面像元包括p×q個超表面單元，每個超表面像元對應一個形變模塊、一個磁性探測模塊和一個數據讀出模塊，共包含n×m個形變模塊、n×m個磁性探測模塊和n×m個數據讀出模塊，n、m、p、q均為大于或等于1的正整數。

3.根據權利要求1或2所述的太赫茲焦平面成像探測器，其特征在于，所述超表面吸波模塊結構的每個超表面像元包括頂層、中間層、底層和磁性膜，層與層之間緊密結合，其中磁性膜的厚度為5～10μm，鍍在底層的下表面。

4.根據權利要求3所述的太赫茲焦平面成像探測器，其特征在于，所述磁性膜為通過化學氣相沉積法在底層的下表面鍍釹鐵硼NdFeB形成。

5.根據權利要求1所述的太赫茲焦平面成像探測器，其特征在于，所述形變模塊包括懸臂梁、支柱和襯底，所述懸臂梁為兩根，對稱設置在超表面像元兩側，且懸臂梁一端折彎與超表面像元連接，另一端與支柱連接，支柱設置在襯底上，通過與形變模塊連接使超表面吸波模塊處于懸空狀態。

6.根據權利要求5所述的太赫茲焦平面成像探測器，其特征在于，所述懸臂梁為雙層結構，兩層緊密結合，兩層的材料分別為Au和Si₃N₄。

7.根據權利要求1所述的太赫茲焦平面成像探測器，其特征在于，所述磁性探測模塊為TMR膜，設置在形變模塊的襯底表面；所述TMR膜的厚度為5～10μm。

8.根據權利要求7所述的太赫茲焦平面成像探測器，其特征在于，所述TMR膜通過化學氣相沉積方法鍍在襯底表面，具體為采用氣相沉積設備依次蒸鍍氧化鐵Fe₃O₄、氧化鋁Al₂O₃和氧化鐵Fe₃O₄。

9.根據權利要求1、7或8所述的太赫茲焦平面成像探測器，其特征在于，所述磁性膜與TMR膜之間的距離為10～20μm；其中磁性膜、TMR膜以及吸波表面的面積大小關系為：吸波表面面積＞磁性膜面積＞TMR膜面積；所述TMR膜面積為磁性膜面積的50％～80％；磁性膜面積為吸波表面面積的50％～80％。

10.根據權利要求1、7或8所述的太赫茲焦平面成像探測器，其特征在于，所述TMR膜的拓撲結構為TMR推挽半橋單元，TMR推挽半橋單元包括TMR1和TMR2，TMR1與TMR2正敏感方向反向放置，TMR1一端連接偏置電壓Vbias，另一端與TMR2一端連接，TMR2的另一端接地，輸出信號Vout由TMR1和TMR2連接處引出。

11.根據權利要求1所述的太赫茲焦平面成像探測器，其特征在于，所述數據讀出模塊包括模擬模塊與數字模塊，其中模擬模塊將從磁性探測模塊接收的電阻信號轉化為電壓信號，并進行濾波、放大后輸出至數字模塊，數字模塊對接收的信號進行數字化處理。