[发明专利]太赫兹近场成像探头和太赫兹近场成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，特别是涉及太赫兹近场成像探头和太赫兹近场成像系统。

背景技术

太赫兹波是一种频率从0.1-10THz(波长范围0.03mm-3mm)的电磁波，其在整个电磁波频谱中介于毫米波和远红外之间，处于由电子学向光子学过度区。与微波和毫米波相比，太赫兹波波长较短，易于实现极大信号带宽和极窄天线波束，而且太赫兹波具有高穿透性、非电离等特点，这些优越特性使得太赫兹波在材料无损检测、材料成分分析以及安全检查方面发挥着重要作用。其中，生化大分子及活细胞中，有大量丰富的太赫兹指纹谱，鉴定并利用这些谱，将是太赫兹技术未来的重要方向之一。

然而，由于太赫兹波相对光学频段的大波长(几十微米-几毫米)，在衍射极限的限制下，无法实现空间上的高分辨率成像。目前，在太赫兹频段，由于波导结构的困难，导致依赖波导传输的近场探头都具有高损耗、大色散的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对无法实现空间上的高分辨率成像问题，提供一种超大带宽、超低损耗、超低色散，可以实现太赫兹近场超分辨成像的太赫兹近场成像探头和太赫兹近场成像系统。

一种太赫兹近场成像探头，包括：

索末菲线波导端，用于耦合并传输具有径向偏振的太赫兹波；

探测针尖，与所述索末菲线波导端一体成型，用于将所述太赫兹波聚焦在所述探测针尖的近场使所述太赫兹波携带待测样品的信息，并将携带所述待测样品信息的太赫兹波反射至所述索末菲线波导端。

上述太赫兹近场成像探头包括索末菲线波导端和探测针尖，在索末菲线波导端中传播的太赫兹波称为索末菲波，具有超大带宽(0.1-5THz)，在大带宽范围内超低损耗、超低色散的特点。探测针尖将在索末菲线波导端自由传输的索末菲波聚焦在探测针尖的近场，就可以将太赫兹波(索末菲波)聚焦至极小，在近场范围内突破衍射极限，实现超分辨成像。

在其中一个实施例中，所述索末菲线波导端为圆柱形；所述探测针尖为圆锥状。

在其中一个实施例中，所述索末菲线波导端为圆柱形；所述探测针尖为子弹头状，且所述探测针尖的侧面均为圆滑的曲面。

在其中一个实施例中，所述索末菲线波导端为椭圆柱形；所述探测针尖为椭圆锥状。

在其中一个实施例中，所述探测针尖尖端的截面半径小于所述太赫兹波的波长。

在其中一个实施例中，所述索末菲线波导端为裸露的不锈钢丝波导端、裸露的金丝波导端、银丝波导端或铜丝波导端。

在其中一个实施例中，还包括位于所述索末菲线波导端外的电介质层。

此外，还提供一种太赫兹近场成像系统，包括上述太赫兹近场成像探头。

附图说明

图1为一个实施例中太赫兹近场成像探头的立体结构示意图；

图2为图1中太赫兹近场成像探头的俯视图；

图3为另一个实施例中太赫兹近场成像探头的俯视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种太赫兹近场成像探头包括索末菲线波导端110和探测针尖120。其中，索末菲线波导端110用于耦合并传输具有径向偏振的太赫兹波。其中，“索末菲线(Sommerfeld wire)”是一种以表面波方式传输电磁场能量的裸露的金属线。在裸露的金属线中传播的太赫兹波称为“索末菲波(Sommerfeld wave)”，索末菲波一般只存在于具有有限电导率的金属表面，是一种径向对称的弱导表面波。索末菲波具有超大带宽(0.1-5THz)，在大带宽范围内超低损耗、超低色散的特点。索末菲线波导端110耦合的太赫兹波为具有径向偏振的太赫兹波，也即为TM₀₁模太赫兹波。其中，TM₀₁模太赫兹波在传播方向上有电场分量而无磁场分量，称为横磁波。耦合至索末菲线波导端110的太赫兹波(索末菲波)在索末菲线波导端110上传输，并传导至探测针尖。