[实用新型]一种太赫兹波远场探测超衍射分辨成像仪

说明书

技术领域  

本实用新型涉及太赫兹光谱成像技术领域，尤其是涉及一种太赫兹波远场探测超衍射分辨成像仪。

背景技术

太赫兹波与其他波段的电磁辐射一样可以用来对物体成像，而且根据太赫兹的大多物质在太赫兹波段都可有指纹谱等特性，使太赫兹成像相比其他成像方式更具优势。 

1995年，Hu等在THz-TDS系统中增加二维扫描平移台，首次实现脉冲太赫兹时域光谱成像，并成功对树叶、芯片等被测样品成像。由于这种成像方法获得的被测样品的光谱信息，不仅能够实现结构成像，而且能够实现功能成像，随着对太赫兹波新特性的深入了解，太赫兹成像技术快速发展起来，涌现出了许多诸如太赫兹二维电光取样成像、层析成像、太赫兹啁啾脉冲时域场成像、近场成像、太赫兹连续波成像等，可应用与生物医学、质量检测、安全检查、无损检测等众多领域。 

   对于太赫兹时域光谱成像系统，所获取的数据集合实际是三维时空的数据（二维空间（x，y）轴向和一维时间轴向）。利用该三维数据集合可得到一系列被测样品的太赫兹图像，即皮秒量级的电影。另外由于在一个时间点上的太赫兹图像所包含的信息量很少，所以通常要获取整个三维的数据集合。而太赫兹图像的重构通常是基于太赫兹时域波形的特定参数或方位的延迟时间。 

太赫兹成像技术以其独特的光谱特性和穿透性，在物理、化学、生物医学、安检等领域都具有广泛的应用。但是由于太赫兹波的波长较长（1THz波长为0.3mm），受衍射效应的限制，太赫兹成像的空间分辨率在亚毫米量级，限制了其成像质量，难以用于细微结构的成像。目前解决这一问题的途径是将近场成像技术（由瑞利判据可知，太赫兹成像技术存在空间分辨率不足的限制，由此限制了太赫兹波成像技术的实用化，所以需要突破衍射极限，提高太赫兹成像系统的空间分辨率。瞬逝波随距离的增加以指数衰减，传播距离在一个波长以内，无法抵达传统成像设备的像平面。如果将探测器放置于被测样品附近（一个波长之内），就可探测到瞬逝波，由此就可以对被测样品进行亚波长高分辨率的成像，此即为近场成像技术。）应用到太赫兹成像。但是由于近场成像要求被测样品紧贴探针，系统结构复杂且普适性差，在很大程度上限制了超衍射分辨太赫兹成像技术的应用范围。能够实现微米量级成像分辨能力的太赫兹波远场探测成像技术一直没有得以解决。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种太赫兹波远场探测超衍射分辨成像仪，将太赫兹波远场成像的空间分辨能力提高到微米量级，提高太赫兹成像质量，拓展太赫兹成像技术的应用领域。 

本实用新型采用的技术方案如下：

一种太赫兹波远场探测超衍射分辨成像仪包括：太赫兹发射器，用于产生太赫兹波；激光产生装置，用于产生激光光束，并进行激光光束调制；角度转换器，用于调节激光光束入射角、太赫兹波入射角，使得激光光束入射角、太赫兹波入射角相同，并且激光光束、太赫兹波中心点重合；所述太赫兹波通过太赫兹发射器产生； 孔径成像装置，用于将通过角度转换器调节后的激光光束、太赫兹波，聚焦到孔径成像装置的测试窗口；实现对被测样品的成像，其中孔径成像装置通过二维扫描平移台移动； 太赫兹探测器，用于探测被测样品反射或透射的太赫兹波，并输出相应的电信号；锁相放大器，用于接收激光产生装置产生的参考信号，同时接收太赫兹探测器输出的电信号，进行信号提取及放大，得到被测样品图像；太赫兹发射器、激光产生装置分别通过角度转换器与孔径成像装置测试窗口光连接，孔径成像装置输出端与太赫兹探测器光连接，激光产生装置与锁相放大器一输入端连接，太赫兹探测器输出端与锁相放大器另一输入端连接，锁相放大器输出被测样品信号，计算机接收锁相放大器输出信号并重构出被测样品图像。

所述激光产生装置包括激光器、斩波器、第一透镜，所述激光器输出的激光光束通过第一透镜、角度转换器转换后聚焦于孔径成像装置，所述斩波器输出其工作频率信号给锁相放大器一输入端，斩波器输出的工作频率信号作为参考信号，所述第一透镜是将通过斩波器的激光光束进行聚焦，使得被测样品轮廓直径Y_R为调制后的激光器光束直径G_R满足Y_R≥2G_R。