[發明專利]一種用于太赫茲連續波層析成像的光路裝置及聚焦方法

在審

• 申請號: 202210977547.1
• 申請日: 2022-08-15
• 公開（公告）號: CN115494024A
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 馮天琦;安紅宇;賴大坤;李恩;石玉
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N21/3581
• 分類號: G01N21/3581;G01N21/01;G02B27/09
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發明的目的在于提供一種用于太赫茲連續波層析成像的光路裝置及聚焦方法，屬于太赫茲成像技術領域。該光路裝置僅采用兩個離軸橢球面反射鏡，就能實現將太赫茲連續波發生器所發射的發射波束直接聚焦到樣品處，然后再將透射樣品后的聚焦波束直接聚焦到太赫茲連續波接收裝置；省去了準直過程所需要的兩個透鏡或反射面，實現對傳統THz?CT?CW成像系統光路圖的簡化，降低調節透鏡位置的難度。

技術領域

本發明屬于太赫茲成像技術領域，具體涉及一種用于太赫茲連續波層析成像的光路裝置及聚焦方法。

背景技術

太赫茲段的工作頻率為100GHz～10THz，對應波長為3mm～30μm。該頻段高于微波、毫米波頻段，低于紅外、可見光頻段；并且由于這個頻段的電磁波位于宏觀電子學至微觀光子學過渡的區域，具有一些獨有的特性。在成像領域中，相比于微波、毫米波成像，太赫茲成像分辨率遠高于微波、毫米波頻段；相比于紅外、可見光成像，太赫茲波對于非極性物質穿透能力更強；相比于X射線，太赫茲成像對低介電常數材料成像對比度更高，并且其光子能量遠低于X射線，因此不會對材料和生物體造成電離，因此更加安全。目前太赫茲成像主要應用于無損檢測，生物醫學等領域。

目前在太赫茲三維成像技術中，比較成熟的技術是太赫茲計算機輔助層析成像(CT)。在太赫茲CT成像中，又分為連續波(CW)和脈沖(TDS)兩種成像方式，其中，THz-CW成像系統因為具備系統簡單、成本低、成像速度快等優勢，得到了廣泛應用。THz-CW成像結果的優劣很大程度決定與光路裝置的設計，因此太赫茲連續波層析成像的光路裝置就成為研究重點之一。為了滿足成像分辨率的要求，需要將太赫茲連續波發生器所發射的波束聚焦到樣品處，聚焦到樣品處的波束為較細高斯波束，即樣品處的束腰半徑較小。然而到目前為止，大部分傳統THz-CT-CW成像系統的光路裝置是采用不少于4個反射鏡或透鏡，或兩種的組合。例如，文獻《太赫茲層析成像的理論與實驗研究》的THz-CT-CW系統采用4個透鏡，其光路裝置結構示意圖如圖1所示：先將太赫茲連續波發生器所發射的波束進行準直，然后聚焦到樣品處，波束透射樣品后再進行準直，最后聚焦到太赫茲連續波接收裝置；文獻《Investigation on reconstruction methods applied to 3D terahertz computedtomography》所提出的THz-CT-CW系統采用2個拋物面反射鏡和2個透鏡，其光路裝置結構示意圖如圖2所示：太赫茲連續波發生器所發射的波束經過拋物面反射鏡反射后準直，然后通過透鏡聚焦在樣品上，透射樣品后的波束再經過透鏡進行準直，最后經過拋物面反射鏡聚焦到太赫茲連續波接收裝置。由此可以看出，現有技術中所提出的THz-CT-CW系統的光路裝置采用的光路元件均不少于4個，此時，光路實現較為復雜，并且在調節透鏡之間的位置時會面臨很大困難。

因此，如何設計光路裝置，使其能夠用較少的光路元件就能實現THz-CT-CW系統所需要的光路性能，就成為研究重點。

發明內容

針對背景技術所存在的問題，本發明的目的在于提供一種用于太赫茲連續波層析成像的光路裝置及聚焦方法。該光路裝置僅采用兩個離軸橢球面反射鏡，就能實現將太赫茲連續波發生器所發射的發射波束直接聚焦到樣品處，然后再將透射樣品后的聚焦波束直接聚焦到太赫茲連續波接收裝置；省去了準直過程所需要的兩個透鏡或反射面，實現對傳統THz-CT-CW成像系統光路圖的簡化，降低調節透鏡位置的難度。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種用于太赫茲連續波層析成像的光路裝置，包括三維平移臺30、旋轉臺31和關于旋轉臺31豎直對稱設置的左光路和右光路，對稱軸為旋轉臺31的豎直中心線，其中，左光路包括太赫茲連續波發生器1、矩形波導2、喇叭天線3和第一離軸橢球面反射鏡12，右光路包括第二離軸橢球面反射鏡12和太赫茲連續波接收裝置11；所述旋轉臺31固定設置于三維平移臺30上，待測樣品放置于旋轉臺31中心；