[发明专利]一种基于双模式的太赫兹波高灵敏度成像装置

说明书

本发明公开了一种基于双模式的太赫兹波高灵敏度成像装置，包括：反射窗口及全反射棱镜，用于反射成像模式和全反射成像模式的快速切换；太赫兹波经过平面反射镜的反射被第一离轴抛物面镜接收并聚焦入射到反射窗口(或全反射棱镜)表面上；样品放置在反射窗口(或全反射棱镜)的底面；携带样品信息的太赫兹波经反射窗口(或全反射棱镜)反射被第二离轴抛物面镜接收；携带样品信息的太赫兹波经第二离轴抛物面镜接收后被第三离轴抛物面镜接收并聚焦入太赫兹波探测器。

技术领域

本发明用于太赫兹波成像领域，成像系统将反射和全反射两种成像模式，紧凑的结合在一起并实现两者的快速切换，即一种太赫兹波双模式高灵敏度成像装置。

背景技术

太赫兹波是指位于微波与红外波之间的电磁波，其频率为0.1～10THz，相应波长为0.03mm～3mm。因太赫兹波处于宏观向微观过渡的区域，其具有宽带性、低能性、指纹特性等独特的优势，这使得太赫兹波成像技术在成像、安全检测等领域有极大的应用前景。

目前，常见的太赫兹波成像方式主要包括：透射式、反射式和衰减全反射式成像。透射式成像具有较高的灵敏度，操作简单。但由于太赫兹波对极性分子(如水分子)的吸收较大，对于含水量较大的生物组织需要将样品进行切片，样品制作复杂。反射式成像通常可保整样品的完整性，其不仅可实现生物样品表面的检测且可以实现生物组织深层次检测，目前已报道可实现皮下1200微米处组织的检测。然而，反射式成像的灵敏度与分辨率较差，且对样品表面的平整度要求较严格，因为样品表面通常粗糙不仅产生漫反射且因此减弱信号光，这不利于样品信息的获取。

通常，太赫兹反射式成像采用对可见光透明的石英窗口紧贴并压平样本，该方法一方面可以清楚的观察到样品的成像区域并检查样品是否与窗口紧密贴合，另一方面，可以有效减小样品表面的漫反射。衰减全反射成像的原理是当光从光密介质入射到光疏介质时，入射角大于临界角，则在光入射的表面产生倏逝波，利用倏逝波与样品相互作用获得样品信息。该方法具有很高的成像灵敏度，但对含水量较大的样品其穿透深度仅为几十微米。另外，由于全反射棱镜通常采用对可见光不透明的高阻硅材料，在活体成像过程中不仅无法直接观察到扫描位置且无法确保样品是否与棱镜紧密接触，导致实验时间与样品破坏可能性的增加。

综上可知，在太赫兹成像过程中，现在急需一种既具有高的成像灵敏度，不破坏样品完整性，又可减少扫描时间和尽可能多的获得样品信息的成像方式或实验装置。

发明内容

本发明提供了一种基于双模式的太赫兹波高灵敏度成像装置，本发明将反射式和全反射式成像紧凑的结合在一套成像装置中，通过具有透明窗口的反射式成像获得样品的重点检测区域，再通过灵敏度较高的全反射成像获得样品的详细细节信息，两种成像方式只需要更换石英窗口与全反射棱镜，其他元器件保持不动，详见下文描述：

一种基于双模式的高灵敏度太赫兹波成像装置，太赫兹波平面反射镜、第一太赫兹离轴抛物面镜、第二太赫兹离轴抛物面镜与第三太赫兹离轴抛物面镜依次设置在太赫兹波的出射光路上；反射成像窗口及全反射成像棱镜的底面被置于第一太赫兹离轴抛物面镜和第二太赫兹离轴抛物面镜的水平焦平面上；透过反射成像窗口的入射太赫兹波入射到样品，经样品反射后，携带样品信息的太赫兹波再次经过反射成像窗口后被第二太赫兹波离轴抛物面镜聚焦并接收，获得反射成像，进而得到样品的大概图像及样品成像区域；太赫兹波经第一太赫兹离轴抛物面镜聚焦后以一定的角度，入射到全反射成像棱镜的一个侧面上，太赫兹波在垂直全反射成像棱镜底面的方向产生倏逝波；倏逝波垂直入射到样品进行相互作用，携带样品信息的太赫兹波在全反射成像棱镜的另一个侧面出射，出射后的太赫兹波被第二太赫兹离轴抛物面镜收集并接收，并通过太赫兹波平面反射镜反射，入射到太赫兹探测器，以获得样品的全反射成像结果，进而获得样品的详细信息。

其中，在不改变任何装置参数下，将反射成像窗口替换成全反射成像棱镜。