[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于太赫茲連續(xù)波層析成像的光路裝置及聚焦方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210977547.1
• 申請(qǐng)日: 2022-08-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115494024A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮天琦;安紅宇;賴(lài)大坤;李恩;石玉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/3581
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/3581;G01N21/01;G02B27/09
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專(zhuān)利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

1.一種用于太赫茲連續(xù)波層析成像的光路裝置，其特征在于，包括三維平移臺(tái)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和關(guān)于旋轉(zhuǎn)臺(tái)豎直對(duì)稱(chēng)設(shè)置的左光路和右光路，對(duì)稱(chēng)軸為旋轉(zhuǎn)臺(tái)的豎直中心線(xiàn)，其中，左光路包括太赫茲連續(xù)波發(fā)生器、矩形波導(dǎo)、喇叭天線(xiàn)和第一離軸橢球面反射鏡，右光路包括第二離軸橢球面反射鏡和太赫茲連續(xù)波接收裝置；所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)固定設(shè)置于三維平移臺(tái)上，待測(cè)樣品放置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)中心；

太赫茲連續(xù)波發(fā)生器用于生成發(fā)射波束，發(fā)射波束經(jīng)矩形波導(dǎo)和喇叭天線(xiàn)后發(fā)射至第一離軸橢球面反射鏡的反射面，反射后所得到的第一聚焦波束入射至待測(cè)樣品表面，透過(guò)待測(cè)樣品的第一聚焦波束經(jīng)第二離軸橢球面反射鏡的反射面反射，反射后所得到的第二聚焦波束被太赫茲連續(xù)波接收裝置接收；

發(fā)射波束和第二聚焦波束的最小束腰半徑均為w1，第一聚焦波束的最小束腰半徑w2，發(fā)射波束的最小束腰半徑所在平面到第一離軸橢球面反射鏡的反射點(diǎn)的距離為d1，第一聚焦波束的最小束腰半徑所在平面到第一離軸橢球面反射鏡的反射點(diǎn)的距離為d2；第一離軸橢球面反射鏡的橢球面長(zhǎng)軸與發(fā)射波束的入射方向之間的夾角，以及第二離軸橢球面反射鏡的橢球面長(zhǎng)軸與第二聚焦波束的傳播方向之間的夾角均為α；第一聚焦波束的傳播方向與發(fā)射波束的入射方向之間的夾角，以及第一聚焦波束的傳播方向與第二聚焦波束的傳播方向之間的夾角均為β；所述喇叭天線(xiàn)的相位中心位于第一離軸橢球面反射鏡所在橢圓第一焦點(diǎn)處，太赫茲連續(xù)波接收裝置的相位中心位于第二離軸橢球面反射鏡所在橢圓第一焦點(diǎn)處；所述第一聚焦波束的相位中心位于第一離軸橢球面反射鏡所在橢圓第二焦點(diǎn)處；兩個(gè)離軸橢球面反射鏡的反射面深度為d3，寬度為W，長(zhǎng)度L，離軸橢球面反射鏡所在橢圓的第一焦點(diǎn)到該反射鏡的反射點(diǎn)的距離為R1，第二焦點(diǎn)到該反射鏡的反射點(diǎn)的距離為R2。

2.如權(quán)利要求1所述的光路裝置，其特征在于，所述喇叭天線(xiàn)的副瓣電平比主瓣電平小20dB以上。

3.如權(quán)利要求1所述的光路裝置，其特征在于，所述喇叭天線(xiàn)為圓錐雙模喇叭天線(xiàn)或波紋喇叭天線(xiàn)。

4.如權(quán)利要求1所述的光路裝置，其特征在于，所述離軸橢球面反射鏡采用鋁合金加工制作，且反射面應(yīng)拋光，使得第一聚焦波束和第二聚焦波束均為高質(zhì)量的高斯波束。

5.如權(quán)利要求1所述的光路裝置，其特征在于，所述離軸橢球面反射鏡的反射面為旋轉(zhuǎn)橢球面的一部分，選取旋轉(zhuǎn)橢球面與離軸橢球面反射鏡面積較小的重疊部分作為所述離軸橢球面反射鏡的反射面；其中，所述旋轉(zhuǎn)橢球面為橢圓繞橢球面長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)一周得到。

6.如權(quán)利要求1所述的光路裝置中離軸橢球面反射鏡的反射面的聚焦方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.根據(jù)實(shí)際需要確定光路裝置基本參數(shù)，所述光路裝置基本參數(shù)包括：發(fā)射波束的最小束腰半徑w1，第一聚焦波束的最小束腰半徑w2，第一聚焦波束的最小束腰半徑所在平面到第一離軸橢球面反射鏡的反射點(diǎn)的距離d2，以及第一聚焦波束的傳播方向與發(fā)射波束的入射方向之間的夾角β；

S2.計(jì)算得到任一離軸橢球面反射鏡的反射面的焦距f和距離d1，具體計(jì)算公式為：

其中，λ₀為太赫茲波的真空波長(zhǎng)；

S3.計(jì)算得到離軸橢球面反射鏡的橢圓參數(shù)，具體計(jì)算公式為：

a＝(R₁+R₂)/2

其中i＝1,2，a為橢圓的半長(zhǎng)軸，b為橢圓的半短軸，c為橢圓半焦距，α為第一離軸橢球面反射鏡的橢球面長(zhǎng)軸與發(fā)射波束的入射方向之間的夾角，或第二離軸橢球面反射鏡的橢球面長(zhǎng)軸與第二聚焦波束的傳播方向之間的夾角；R1為喇叭天線(xiàn)的相位中心到第一離軸橢球面反射鏡反射點(diǎn)的距離，或太赫茲連續(xù)波接收裝置的相位中心到第二離軸橢球面反射鏡反射點(diǎn)6的距離，R2為第一聚焦波束的相位中心到第一離軸橢球面反射鏡反射點(diǎn)的距離。