[发明专利]一种用于太赫兹连续波层析成像的光路装置及聚焦方法

权利要求书

1.一种用于太赫兹连续波层析成像的光路装置，其特征在于，包括三维平移台、旋转台和关于旋转台竖直对称设置的左光路和右光路，对称轴为旋转台的竖直中心线，其中，左光路包括太赫兹连续波发生器、矩形波导、喇叭天线和第一离轴椭球面反射镜，右光路包括第二离轴椭球面反射镜和太赫兹连续波接收装置；所述旋转台固定设置于三维平移台上，待测样品放置于旋转台中心；

太赫兹连续波发生器用于生成发射波束，发射波束经矩形波导和喇叭天线后发射至第一离轴椭球面反射镜的反射面，反射后所得到的第一聚焦波束入射至待测样品表面，透过待测样品的第一聚焦波束经第二离轴椭球面反射镜的反射面反射，反射后所得到的第二聚焦波束被太赫兹连续波接收装置接收；

发射波束和第二聚焦波束的最小束腰半径均为w1，第一聚焦波束的最小束腰半径w2，发射波束的最小束腰半径所在平面到第一离轴椭球面反射镜的反射点的距离为d1，第一聚焦波束的最小束腰半径所在平面到第一离轴椭球面反射镜的反射点的距离为d2；第一离轴椭球面反射镜的椭球面长轴与发射波束的入射方向之间的夹角，以及第二离轴椭球面反射镜的椭球面长轴与第二聚焦波束的传播方向之间的夹角均为α；第一聚焦波束的传播方向与发射波束的入射方向之间的夹角，以及第一聚焦波束的传播方向与第二聚焦波束的传播方向之间的夹角均为β；所述喇叭天线的相位中心位于第一离轴椭球面反射镜所在椭圆第一焦点处，太赫兹连续波接收装置的相位中心位于第二离轴椭球面反射镜所在椭圆第一焦点处；所述第一聚焦波束的相位中心位于第一离轴椭球面反射镜所在椭圆第二焦点处；两个离轴椭球面反射镜的反射面深度为d3，宽度为W，长度L，离轴椭球面反射镜所在椭圆的第一焦点到该反射镜的反射点的距离为R1，第二焦点到该反射镜的反射点的距离为R2。

2.如权利要求1所述的光路装置，其特征在于，所述喇叭天线的副瓣电平比主瓣电平小20dB以上。

3.如权利要求1所述的光路装置，其特征在于，所述喇叭天线为圆锥双模喇叭天线或波纹喇叭天线。

4.如权利要求1所述的光路装置，其特征在于，所述离轴椭球面反射镜采用铝合金加工制作，且反射面应抛光，使得第一聚焦波束和第二聚焦波束均为高质量的高斯波束。

5.如权利要求1所述的光路装置，其特征在于，所述离轴椭球面反射镜的反射面为旋转椭球面的一部分，选取旋转椭球面与离轴椭球面反射镜面积较小的重叠部分作为所述离轴椭球面反射镜的反射面；其中，所述旋转椭球面为椭圆绕椭球面长轴旋转一周得到。

6.如权利要求1所述的光路装置中离轴椭球面反射镜的反射面的聚焦方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.根据实际需要确定光路装置基本参数，所述光路装置基本参数包括：发射波束的最小束腰半径w1，第一聚焦波束的最小束腰半径w2，第一聚焦波束的最小束腰半径所在平面到第一离轴椭球面反射镜的反射点的距离d2，以及第一聚焦波束的传播方向与发射波束的入射方向之间的夹角β；

S2.计算得到任一离轴椭球面反射镜的反射面的焦距f和距离d1，具体计算公式为：

其中，λ₀为太赫兹波的真空波长；

S3.计算得到离轴椭球面反射镜的椭圆参数，具体计算公式为：

a＝(R₁+R₂)/2

其中i＝1,2，a为椭圆的半长轴，b为椭圆的半短轴，c为椭圆半焦距，α为第一离轴椭球面反射镜的椭球面长轴与发射波束的入射方向之间的夹角，或第二离轴椭球面反射镜的椭球面长轴与第二聚焦波束的传播方向之间的夹角；R1为喇叭天线的相位中心到第一离轴椭球面反射镜反射点的距离，或太赫兹连续波接收装置的相位中心到第二离轴椭球面反射镜反射点6的距离，R2为第一聚焦波束的相位中心到第一离轴椭球面反射镜反射点的距离。