[发明专利]一种基于零阶贝塞尔波束的太赫兹反射成像系统

权利要求书

1.一种基于零阶贝塞尔波束的太赫兹反射成像系统，其特征在于，包括：太赫兹发射源(1)、准直透镜(3)、硅片(4)、衍射元件(5)、聚焦透镜(6)、太赫兹探测器(7)、样品台(8)、样品台移动装置(9)、锁相放大器(10)以及控制模块(11)；

所述太赫兹发射源(1)用于发射太赫兹高斯波束；所述准直透镜(3)、所述硅片(4)、所述衍射元件(5)以及所述样品台(8)沿太赫兹高斯波束的透射方向依次设置；所述硅片(4)的中心位于透射波束的中心轴线上，并且所述硅片(4)与透射波束的中心轴线夹角为45°；所述准直透镜(3)和所述衍射元件(5)的主光轴均位于透射波束的中心轴线上；所述样品台(8)垂直于透射波束的中心轴线；所述样品台(8)用于承载待成像的样品；所述准直透镜(3)用于对发散的太赫兹高斯波束进行准直；所述衍射元件(5)用于使得透射的太赫兹高斯波束成为零阶贝塞尔波束，以保证透射波束在传播过程中，在无衍射距离内横截面光强分布不变，从而扩展成像系统的景深，进而在保证成像分辨率的同时一方面扩大样品的成像厚度范围，降低对样品厚度的限制，另一方面扩大样品沿景深方向的位置范围，降低成像系统的调节难度；所述衍射元件(5)还用于使得经样品反射的反射波束平行传播；所述硅片(4)用于改变反射波束的光路，使得反射波束经所述硅片(4)反射后其传播方向与透射波束的中心轴线夹角为90°；所述聚焦透镜(6)的主光轴位于反射光路上并且与透射波束的中心轴线垂直；所述太赫兹探测器(7)位于所述聚焦透镜(6)的焦平面上；所述聚焦透镜(6)用于将平行传播的反射波束会聚至所述太赫兹探测器(7)；所述太赫兹探测器(7)与所述锁相放大器(10)相连；所述太赫兹探测器(7)用于将接收到的反射光强信号转换为光电流信号，并将光电流信号传输至所述锁相放大器(10)；所述锁相放大器(10)用于将接收到的光电流信号转变为电压信号并对电压信号进行放大和降噪处理；所述控制模块(11)分别与所述样品台移动装置(9)和所述锁相放大器(10)相连，所述控制模块(11)用于控制所述样品台移动装置(9)驱动所述样品台(8)沿不同方向移动，以实现对样品的完整成像，同时，所述控制模块(11)还从所述锁相放大器(10)读取电压信号值，并记录对应的成像位置信息，从而得到样品图像。

2.如权利要求1所述的基于零阶贝塞尔波束的太赫兹反射成像系统，其特征在于，在所述太赫兹发射源(1)和所述准直透镜(3)之间还包括斩波器(2)；所述斩波器(2)与所述锁相放大器(10)结合使用，以提高成像系统的信噪比。

3.如权利要求1所述的基于零阶贝塞尔波束的太赫兹反射成像系统，其特征在于，所述准直透镜(3)的中心与所述硅片(4)的中心之间的距离大于距离L₃₄，以保证所述准直透镜(3)与所述硅片(4)在成像过程中不会相互碰撞；若所述准直透镜(3)的半径R₃小于所述硅片(4)的半径R₄，则距离否则，距离L₃₄＝R₄。

4.如权利要求1所述的基于零阶贝塞尔波束的太赫兹反射成像系统，其特征在于，所述硅片(4)的中心与所述衍射元件(5)的中心之间的距离大于距离L₄₅，以保证所述硅片(4)与所述衍射元件(5)在成像过程中不会相互碰撞；若所述硅片(4)的半径R₄小于所述衍射元件(5)的半径R₅，则距离否则，距离L₄₅＝R₅。

5.如权利要求1所述的基于零阶贝塞尔波束的太赫兹反射成像系统，其特征在于，所述硅片(4)的中心与所述聚焦透镜(6)的中心之间的距离大于距离L₄₆，以保证所述硅片(4)与所述聚焦透镜(6)在成像过程中不会相互碰撞；若所述硅片(4)的半径R₄小于所述聚焦透镜(6)的半径R₆，则距离否则，距离L₄₆＝R₆。

6.如权利要求1所述的基于零阶贝塞尔波束的太赫兹反射成像系统，其特征在于，所述衍射元件(5)为轴棱锥、电浆子波导、超颖表面或者超材料透镜。

7.如权利要求1-6任一项所述的基于零阶贝塞尔波束的太赫兹反射成像系统，其特征在于，所述样平台移动装置(9)驱动所述样品台(8)沿x方向移动，以实现对样品一个条带的成像；所述样平台移动装置(9)驱动所述样品台(8)沿y方向移动，以实现对样品的完整成像；所述样品台移动装置(9)驱动所述样品台(8)沿z方向移动，以得到样品位于不同景深处的图像；其中，x方向为对一个条带成像时波束扫描的步进方向，y方向为样品平面内与x方向垂直的方向，z方向为景深方向；x方向、y方向与z方向构成右手坐标系。