[发明专利]一种宽带非接触太赫兹近场显微系统

说明书

本发明公开了一种宽带非接触太赫兹近场显微系统，属于非接触测试技术领域。包括矢量网络分析主机、以及分别与矢量网络分析主机相连接的一号太赫兹S参数测试模块和二号太赫兹S参数测试模块，一号太赫兹S参数测试模块的输出端口连接输入耦合器，二号太赫兹S参数测试模块的输出端口连接输出耦合器，输入耦合器输出参考信号支路和测试信号支路，参考信号支路和测试信号支路输入至输出耦合器，由输出耦合器将参考信号支路和测试信号支路合为一路；测试信号支路上设置有可调耦合谐振近场探针，可调耦合谐振近场探针用于对样品进行近场探测。本发明可以实现微观尺度下待测物质介电属性微小变化的宽带探测，在宽频带内实现探测灵敏度的提高。

技术领域

本发明属于非接触测试技术领域，特别是一种宽带非接触太赫兹近场显微系统。

背景技术

在微观尺度下进行待测物质介电属性微小变化的非接触测试在各种应用中具有重要作用，如半导体材料测试、生物细胞测试、近场成像等。目前的测试方法主要分为非谐振法和谐振法。非谐振法具有宽带测试的优点，然而其很难在微观尺度下探测待测物质介电特性的微小变化，一般测试灵敏度较低。谐振法测试灵敏度较高，但只能在窄带范围内测试。而且，当测试有损样品时，其损耗会降低谐振法的敏感度，因而降低测试精度。

由于待测信号的微小变化一般会被淹没在强背景噪声中，如何从强背景噪声中抽取微小信号的变化是探测待测物质介电属性微小变化的关键。

为了去除测试过程中的背景噪声，有研究人员开发出了基于干涉原理的测试方法。然而，发明人发现，现有的干涉测试方法大多采用传输线或者谐振频率固定的谐振器作为传感单元，对于基于传输线传感单元的干涉探测方法，虽然可以实现宽带测试，然而由于传输线传感单元部分的电场大部分集中于衬底材料中，与样品相互作用较弱，因此限制了其探测灵敏度和精度。而对于基于固定谐振频率谐振器的干涉探测方法，其可以实现较高灵敏度探测，但只能在有限的频点上测试，限制了在对待测物质进行宽带频谱分析上的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽带非接触太赫兹近场显微系统，通过干涉技术和锁相放大技术消除测试过程中的背景噪声，通过可调耦合谐振近场传感技术实现宽频带范围内与样品相互作用的电场的局域增强，从而可以实现微观尺度下待测物质介电属性微小变化的宽带探测，在宽频带内实现了探测灵敏度的提高，解决现有技术中的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种宽带非接触太赫兹近场显微系统，包括矢量网络分析主机、以及分别与矢量网络分析主机相连接的一号太赫兹S参数测试模块和二号太赫兹S参数测试模块，所述一号太赫兹S参数测试模块的输出端口连接输入耦合器，所述二号太赫兹S参数测试模块的输出端口连接输出耦合器，所述输入耦合器输出参考信号支路和测试信号支路，参考信号支路和测试信号支路输入至输出耦合器，由输出耦合器将参考信号支路和测试信号支路合为一路；所述测试信号支路上设置有可调耦合谐振近场探针，所述可调耦合谐振近场探针用于对样品进行近场探测。

优选的，所述可调耦合谐振近场探针包括第一传输线枝节、第二传输线谐振枝节、第三传输线枝节，第一传输线枝节和第三传输线枝节分别连接1端口和2端口，第二传输线谐振枝节与第一传输线枝节、第三传输线枝节之间分别设置有可调电容C1，第二传输线谐振枝节的非尖端通过可调电容C2接地，第二传输线谐振枝节的尖端对样品扫描台上的样品进行近场显微扫描。

优选的，所述参考信号支路上设置有一号可调衰减器和一号可调移相器，测试信号支路上设置有二号可调衰减器和二号可调移相器，测试信号支路上还设置有一号开关，所述一号开关、二号可调衰减器、二号可调移相器和可调耦合谐振近场探针顺次连接。

优选的，还包括压电陶瓷，所述压电陶瓷与可调耦合谐振近场探针相接触。

优选的，所述一号开关和压电陶瓷之间通过线路相连接，一号开关和压电陶瓷之间的线路上设置有二号开关，所述二号开关包括a接口和b接口，所述a接口设置于靠近一号开关的位置。