[发明专利]一种超衍射分辨极限太赫兹光谱成像系统

说明书

本发明提供的超衍射分辨极限太赫兹光谱成像系统，太赫兹源出射的太赫兹波经准直透镜准直后透过太赫兹相位板，形成太赫兹矢量光场，激光器出射的激光光束经空间光调制器调制后与太赫兹矢量光场同时入射至太赫兹调制器，经太赫兹调制器调制后的太赫兹矢量光场再由反射镜反射进入第一透镜，并经第一透镜聚焦于所述成像样品上，太赫兹矢量光场激发成像样品产生携带样品信息的太赫兹波，携带样品信息的太赫兹波经第二透镜聚集后穿过位于第二透镜焦点处的聚焦针孔，太赫兹信号接收装置探测携带样品信息的太赫兹波信号，再经数据处理装置处理后得到成像样品的超分辨率图像，本发明提供的太赫兹光谱成像系统，能够实现超衍射极限太赫兹光谱显微成像。

技术领域

本发明涉及一种超衍射分辨极限太赫兹光谱成像系统。

背景技术

太赫兹波(THz)是对频率处在0.1到10THz范围内(波长处在3mm到0.03mm范围内)的电磁波的统称，它在频谱图上位于微波与红外光之间，是全新的极为丰富的电磁频谱资源。太赫兹波在光谱学、材料学、生物学、医学成像、信息科学、天体物理学、等离子体物理学等领域有着广阔的应用前景，被认为是改变未来世界的十大科学技术之一(Tech.Review,by MIT,USA,2004)。

太赫兹成像技术在穿透性、高分辨率以及无损性方面具有独特优势。与光学相比，太赫兹由于其穿透大多数介电材料和非极性物质的特性，不仅可以进行无损探测，而且还可以深入物质内部探测到物质组成甚至测定物质的分子结构；和微波毫米波相比，太赫兹波由于其较短的波长，可大幅提高成像分辨率和信噪比；和X射线相比，太赫兹波光子能量很弱，不会对物质特别是生物组织构成损伤，尤其适合生物医学成像。

超衍射光谱成像技术是突破成像系统衍射限制，是一种成像分辨率小于电磁波长的一半及以下的光谱成像技术。目前实现超衍射光谱成像主要采用近场扫描技术，近场扫描技术已经应用到太赫兹波超衍射成像中，并实现了亚微米空间分辨成像；该技术主要可分为近场孔扫描技术和近场针尖增强扫描技术。前者通过减小探测太赫兹信号的区域来实现小于波长的，再通过扫描就可以进行超衍射成像；后者利用AFM金属针尖增强被探测区域的太赫兹波强度，数量级提高被探测区域(针尖)物质的信号，再利用锁相放大提取针尖区域的太赫兹信号，然后通过扫描就可以进行超衍射成像。

然而，基于近场扫描技术的超衍射分辨率太赫兹光谱成像技术在航天材料、集成电路、物质微观研究应用过程中存在显著的不足，该技术对成像物体进行单像素点逐一二维扫描，耗时长(几十分钟甚至数小时)、扫描成像区域小(亚毫米量级)；并且近场扫描探针需要近距离接触被测物体，不但对物体表面平整度具有较高的要求，而且还会对被测量物体引入干扰。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种能够实现超衍射分辨极限太赫兹光谱成像系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种超衍射分辨极限太赫兹光谱成像系统，包括：太赫兹矢量光场调节装置、太赫兹空间调制器装置、空间光调制装置、共焦显微装置、太赫兹信号接收装置及数据处理装置，其中：

所述太赫兹矢量光场调节装置包括太赫兹源、准直透镜和太赫兹相位板；

所述太赫兹空间调制器装置包括太赫兹空间调制器，所述太赫兹空间调制器用于改变入射的太赫兹波传输角度；

所述空间光调制装置包括激光器和空间光调制器，所述空间光调制器用于调节所述激光器出射的激光光强的空间分布；

所述共焦显微装置包括第一透镜、成像样品、第二透镜及聚焦针孔；

所述太赫兹源出射的太赫兹波经所述准直透镜准直后透过所述太赫兹相位板，形成太赫兹矢量光场，所述激光器出射的激光光束经所述空间光调制器调制后与所述太赫兹矢量光场同时入射至所述太赫兹调制器；