[发明专利]一种基于双光子纠缠的太赫兹波成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹波光电子学技术领域，具体涉及一种双光子纠缠太赫兹波成像装置。

背景技术

处于0.1-10THz（1THz=10¹²Hz）范围内的电磁波——太赫兹波(THz波)，是一个非常具有科学研究价值的电磁波辐射。凭借其所处频段特殊位置以及其低能性、高穿透性等特性，太赫兹波技术目前被广泛应用于各种基础研究领域和应用研究领域中。

近年来，随着THz波光电子技术迅速发展，THz波成像技术方面日新月异。目前，研究最为广泛和深入的THz波成像技术是脉冲THz波时域光谱成像技术。它主要是通过对含有成像物体信息的THz波脉冲从时域到频域的变换，就可获得到它的强度和相位的空间分布信息，进而可得到物体的THz波图像，以及物体的空间密度分布、折射率等信息。然而，这种THz波成像系统光路结构较为复杂，光路稳定性较差，用来产生THz波的飞秒激光器价格昂贵。另一种常见的太赫兹波成像技术，是连续太赫兹波成像技术。这种太赫兹波成像系统通过记录太赫兹波透过物体（或经物体反射）后的强度信息来实现成像，因此与时域光谱成像系统相比，在成像数据采集和处理方式上较为简单、迅速，成像系统结构也相对简单。这种成像技术的主要缺点是图像信息量少，在实验中太赫兹波在光路中的多次反射会发生相干叠加，导致图像中可能存在干涉条纹。

在上述两种常见的THz波成像技术中，还都存在有如下不足：

（1）当携带成像物体信息的THz波在空间传输时，很容易受到外界环境的随机干扰，例如空气流动、湿度变化、烟尘等，成像效果必然会受到影响，抗干扰能力较差，这就限制了这些THz波成像技术在恶劣环境中的实际应用；

（2）由于常用的THz波辐射源的波长一般为百微米或毫米量级，因此根据瑞利衍射极限原理，成像分辨率一般也为相同数量级。虽然目前已将“近场成像技术”和“动态孔径”原理运用到THz波成像技术中，但这大大增加了技术难度和成像光路的复杂程度；

（3）THz波成像技术中通常所使用的THz波辐射源，例如基于飞秒激光器的脉冲THz波源、返波管、光泵THz波激光器等，有的价格昂贵，运行和维护费用高，有的体积大、操作复杂，工作稳定性有待进一步提高，限制了其实用性发展。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种结构简单、非定域式、分辨率高、抗干扰能力强的太赫兹波成像装置。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

第一种方案：

一种基于双光子纠缠的太赫兹波成像装置，其特征在于，包括泵浦光源、望远镜系统、分束镜、两个二分之一波片，两个偏振分束器，三个MgO：LiNbO₃晶体、三个反射镜、成像透镜、太赫兹波收集透镜、两个单光子探测器、符合测量装置；其中：

泵浦光源出射的泵浦光经望远镜系统缩束后，被分束镜分为透射和反射两束泵浦光。透射的泵浦光通过第一二分之一波片和第一偏振分束器后，激励第一MgO：LiNbO₃晶体产生具有纠缠性质的太赫兹波光子和斯托克斯（Stokes）光子。太赫兹光子经过硅棱镜耦合输出，斯托克斯光子从第一MgO：LiNbO₃晶体输出面出射；

在太赫兹光子传输路径上放置成像透镜、待成像物体、太赫兹收集透镜，太赫兹光子会聚于第二MgO：LiNbO₃晶体长底面。经分束镜反射的泵浦光通过第二二分之一波片和第二偏振分束器，经第一、第二反射镜和反射后，垂直入射至第二MgO：LiNbO₃晶体的斜面。该泵浦光与太赫兹光子在第二MgO：LiNbO₃晶体中混频，产生频率上转换光子，经第三MgO：LiNbO₃晶体放大后，被第三反射镜反射至第一单光子探测器，第一单光子探测器前加一窄带滤波片。在斯托克斯光子传输路径上，放置加有光纤的第二单光子探测器接收其光子，并可做空间成像扫描；第一和第二单光子探测器连接符合测量装置。

所述第二MgO：LiNbO₃晶体为一等腰梯形晶体，长底面和两个斜面光学抛光。

所述泵浦光源首选电光调Q脉冲Nd:YAG激光器。

所述成像透镜由高密度白色聚乙烯或TPX材质制成。

所述符合测量装置包括时幅转换仪和多通道分析仪。

第二种方案：