[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

说明书

本发明的目的在于提供一种用于太赫兹连续波层析成像的光路装置及聚焦方法，属于太赫兹成像技术领域。该光路装置仅采用两个离轴椭球面反射镜，就能实现将太赫兹连续波发生器所发射的发射波束直接聚焦到样品处，然后再将透射样品后的聚焦波束直接聚焦到太赫兹连续波接收装置；省去了准直过程所需要的两个透镜或反射面，实现对传统THz‑CT‑CW成像系统光路图的简化，降低调节透镜位置的难度。

技术领域

本发明属于太赫兹成像技术领域，具体涉及一种用于太赫兹连续波层析成像的光路装置及聚焦方法。

背景技术

太赫兹段的工作频率为100GHz～10THz，对应波长为3mm～30μm。该频段高于微波、毫米波频段，低于红外、可见光频段；并且由于这个频段的电磁波位于宏观电子学至微观光子学过渡的区域，具有一些独有的特性。在成像领域中，相比于微波、毫米波成像，太赫兹成像分辨率远高于微波、毫米波频段；相比于红外、可见光成像，太赫兹波对于非极性物质穿透能力更强；相比于X射线，太赫兹成像对低介电常数材料成像对比度更高，并且其光子能量远低于X射线，因此不会对材料和生物体造成电离，因此更加安全。目前太赫兹成像主要应用于无损检测，生物医学等领域。

目前在太赫兹三维成像技术中，比较成熟的技术是太赫兹计算机辅助层析成像(CT)。在太赫兹CT成像中，又分为连续波(CW)和脉冲(TDS)两种成像方式，其中，THz-CW成像系统因为具备系统简单、成本低、成像速度快等优势，得到了广泛应用。THz-CW成像结果的优劣很大程度决定与光路装置的设计，因此太赫兹连续波层析成像的光路装置就成为研究重点之一。为了满足成像分辨率的要求，需要将太赫兹连续波发生器所发射的波束聚焦到样品处，聚焦到样品处的波束为较细高斯波束，即样品处的束腰半径较小。然而到目前为止，大部分传统THz-CT-CW成像系统的光路装置是采用不少于4个反射镜或透镜，或两种的组合。例如，文献《太赫兹层析成像的理论与实验研究》的THz-CT-CW系统采用4个透镜，其光路装置结构示意图如图1所示：先将太赫兹连续波发生器所发射的波束进行准直，然后聚焦到样品处，波束透射样品后再进行准直，最后聚焦到太赫兹连续波接收装置；文献《Investigation on reconstruction methods applied to 3D terahertz computedtomography》所提出的THz-CT-CW系统采用2个抛物面反射镜和2个透镜，其光路装置结构示意图如图2所示：太赫兹连续波发生器所发射的波束经过抛物面反射镜反射后准直，然后通过透镜聚焦在样品上，透射样品后的波束再经过透镜进行准直，最后经过抛物面反射镜聚焦到太赫兹连续波接收装置。由此可以看出，现有技术中所提出的THz-CT-CW系统的光路装置采用的光路元件均不少于4个，此时，光路实现较为复杂，并且在调节透镜之间的位置时会面临很大困难。

因此，如何设计光路装置，使其能够用较少的光路元件就能实现THz-CT-CW系统所需要的光路性能，就成为研究重点。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于太赫兹连续波层析成像的光路装置及聚焦方法。该光路装置仅采用两个离轴椭球面反射镜，就能实现将太赫兹连续波发生器所发射的发射波束直接聚焦到样品处，然后再将透射样品后的聚焦波束直接聚焦到太赫兹连续波接收装置；省去了准直过程所需要的两个透镜或反射面，实现对传统THz-CT-CW成像系统光路图的简化，降低调节透镜位置的难度。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于太赫兹连续波层析成像的光路装置，包括三维平移台30、旋转台31和关于旋转台31竖直对称设置的左光路和右光路，对称轴为旋转台31的竖直中心线，其中，左光路包括太赫兹连续波发生器1、矩形波导2、喇叭天线3和第一离轴椭球面反射镜12，右光路包括第二离轴椭球面反射镜12和太赫兹连续波接收装置11；所述旋转台31固定设置于三维平移台30上，待测样品放置于旋转台31中心；