[发明专利]一种反射式太赫兹时域近场扫描显微镜

说明书

本发明涉及一种反射式太赫兹时域近场扫描显微镜装置，属于太赫兹技术领域。该装置包括飞秒脉冲激光器、光纤耦合分束器、第一光纤、第二光纤、太赫兹发射和接收模块、延时线模块、可见光源、可见光显微镜、三维平移样品台、可调电压源、电流放大器、锁相放大器和控制电脑。太赫兹发射和接收模块包含太赫兹发射天线、太赫兹接收天线和激光耦合聚焦元件。该装置结构简单且精度高，克服了传统远场成像技术中分辨率较低的缺陷，该装置可获得微米级空间分辨率的太赫兹探测光谱与扫描图像。

技术领域

本发明属于太赫兹技术领域，涉及一种反射式太赫兹时域近场扫描显微镜。

背景技术

太赫兹波(Terahertz，THz)一般是指频率范围在0.1THz-10THz(波长范围0.03mm-3mm)内的电磁波，其在整个电磁波频谱中介于微波和红外辐射之间，处于由电子学向光子学过渡区。由于多数生物大分子的振动和转动能级均在太赫兹波段，且由于太赫兹光子能量很低(一个频率为1THz的光子能量是4.1meV)，不会对物质产生电离破坏，所以太赫兹技术在生物医学领域具有很好的应用前景。

根据瑞利判据可知，传统远场的THz成像系统的成像分辨率受到衍射极限的限制，其分辨极限一般为波长的二分之一。在太赫兹波段，传统远场系统成像分辨率不能满足微米尺度样品的成像需求。而借助近场扫描成像技术，可以突破衍射极限，达到细胞尺度(微米尺度)的空间分辨率。

在基于透射式太赫兹近场扫描显微镜的样品检测中，需要接收透射过样品的太赫兹信号，受系统结构限制，要求样品尺寸小，表面平整且对太赫兹透过率高等。

如何充分挖掘太赫兹技术在临床医疗领域的应用潜力，实现生物体的在体实时检测，是太赫兹近场扫描成像技术亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种反射式太赫兹时域近场扫描显微镜，相比于透射式太赫兹近场扫描显微镜，反射式太赫兹近场扫描显微镜的太赫兹源和探测器在样品的同一侧，可以方便地实现对术前或术中在体病灶进行检测，具有更大的临床应用优势。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种反射式太赫兹时域近场扫描显微镜，包含飞秒脉冲激光器14、光纤耦合分束器13、第一光纤10、第二光纤11、太赫兹发射和接收模块7、延时线模块12、三维平移样品台5、可调电压源4、电流放大器3、锁相放大器2和控制电脑1；

所述飞秒脉冲激光器14发出的激光经过所述光纤耦合分束器分为两束激光在光纤中传播，其中一束激光通过所述第一光纤10传播至所述太赫兹发射和接收模块7，作为所述太赫兹发射和接收模块7的泵浦激光；

另一束激光通过所述第二光纤11传播至所述太赫兹发射和接收模块7，作为所述太赫兹发射和接收模块7的探测激光；

所述可调电压源4用于对光电导发射天线提供调制的偏置电压，并提供调制的参考信号给所述锁相放大器2；

所述电流放大器3用于将太赫兹接收天线输入的光电流初步放大后，输出给锁相放大器2进行采集，锁相放大器2将采集得到的信号传输至控制电脑1；

所述延时线模块12在泵浦激光光路或者探测激光光路中，用于调节泵浦激光和探测激光的光程差；

所述三维平移样品台5用于固定和移动样品6，利用控制电脑1对三维平移样品台5进行实时调节。

进一步，所述太赫兹发射和接收模块7包含泵浦激光光纤耦合器接口17、透镜Ⅰ21、反射镜Ⅰ23、探测激光光纤耦合器接口18、透镜Ⅱ24、反射镜Ⅱ26和半导体衬底27；

所述太赫兹发射和接收模块7还包含太赫兹发射天线和太赫兹接收天线，所述太赫兹发射天线和太赫兹接收天线的结构为制作在同一半导体衬底上的一对光电导微天线；