[发明专利]一种基于立体相位光栅和孔径分割技术的THz光谱成像仪

权利要求书

1.一种基于立体相位光栅和孔径分割技术的THz光谱成像仪，包括由N个元胞构成的太赫兹立体相位光栅(4)，以及依据光路传输依次排列的前置镜(1)、探测器(9)，所述探测器(9)还依次连接有探测器控制处理系统(10)和控制采集处理计算机(11)，其特征在于：

所述的THz光谱成像仪依据光路传输依次排列的前置镜(1)、前置视场光阑(2)、前置准直镜(3)、立体相位光栅(4)、后置会聚镜(5)、后置视场光阑(6)、后置准直镜(7)、子孔径会聚镜(8)、探测器(9)，所述探测器(9)依次连接有探测器控制处理系统(10)和控制采集处理计算机(11)；

所述前置准直镜(3)、立体相位光栅(4)、后置会聚镜(5)、后置视场光阑(6)、后置准直镜(7)、子孔径会聚镜(8)组成孔径分割THz光谱成像光学系统；所述前置镜(1)的焦面与前置准直镜(3)的前焦面重合；所述前置视场光阑(2)是方形，位于前置镜(1)的焦面，其尺寸与视场和探测器(9)的面积相匹配；所述后置会聚镜(5)的焦面与后置准直镜(7)的前焦面重合；所述后置视场光阑(6)是圆形，位于后置会聚镜(5)的焦面，其开孔大小仅允许光栅的零级衍射光通过；

所述探测器(9)以孔径分割方式同时获取目标场景被立体相位光栅(4)N个元胞所衍射的N个零级衍射光的光强信息，N为正整数，N的取值满足：

式中：h_max为立体相位光栅(4)的最大槽深，α表示太赫兹波在立体相位光栅表面的入射角α为光线入射角，σ_max表示所用太赫兹波段的最大波数；所述探测器控制处理系统(10)对探测器(9)采集的N个信号进行并行处理，同时提取其强度信息；所述控制采集处理计算机(11)对N个强度和对应的光程差数据构成的傅里叶变换对进行傅里叶变换，即可获取目标的THz光谱，将THz光谱叠加可以获得目标的THz图像。

2.根据权利要求1所述的基于立体相位光栅和孔径分割技术的THz光谱成像仪，其特征在于：所述子孔径会聚镜(8)包括一片硅片(13)和设置于硅片上的一系列参数相同的矩形子透镜构成；所述子孔径会聚镜(8)中矩形子透镜的数目与立体相位光栅(4)中光栅元胞的数目N保持一致，即子孔径会聚镜(8)中矩形子透镜的数目为N；所述矩形子透镜(i₁，…，i_N)的形状参数与光栅元胞的形状参数满足：

e＝d×f₂/f₁；g＝b×f₂×cos(α)/f₁

其中e表示矩形子透镜(i₁，…，i_N)的宽，g表示矩形子透镜(i₁，…，i_N)的高，d表示立体相位光栅(4)的光栅周期，b表示立体相位光栅(4)单元胞的长，f₁表示后置会聚镜(5)的焦距，f₂表示后置准直镜(7)的焦距，α表示太赫兹波在立体相位光栅表面的入射角。

3.根据权利要求1所述的基于立体相位光栅和孔径分割技术的THz光谱成像仪，其特征在于：所述探测器(9)是适用于太赫兹波段的多元面阵探测器，探测器的像元数目必须是子孔径会聚镜(8)中矩形子透镜数目N的整数倍。

4.根据权利要求1所述的基于立体相位光栅和孔径分割技术的THz光谱成像仪，其特征在于：所述前置镜(1)、前置准直镜(3)、后置会聚镜(5)、后置准直镜(7)、子孔径会聚镜(8)采用太赫兹波段的经复消色差设计的光学镜头。