[发明专利]一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置及成像方法

说明书

一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置及成像方法，属于太赫兹共焦成像领域。本发明装置包括太赫兹辐射源、太赫兹波导管、太赫兹半透半反镜、太赫兹聚焦透镜、成像样品、金属针孔、太赫兹探测器、数据采集卡、计算机。本发明将传统光路中的分立器件集成在太赫兹波导中，使太赫兹共焦成像装置集成紧凑，解决了目前太赫兹共焦成像技术中存在的结构复杂、体积较大问题。能实现对样品的高分辨三维成像，获取成像样品内部更为丰富的信息，在无损检测、生物医学、安检等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于太赫兹共焦成像领域，具体涉及一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置及成像方法。

背景技术

太赫兹(Terahertz,THz)波是指频率在0.1-10THz(1THz＝10¹²Hz)的电磁波，相应的波长范围为0.03-3mm，在电磁波谱中介于微波和红外波之间。

太赫兹波透不过去金属、水等极性材料，而对于塑料、衣物等非极性材料具有很好的透过特性，同时太赫兹波具有较低的光子能量，不会对样品造成电离损伤，这些优越特性使得太赫兹成像技术在无损检测、安检、生物医学领域极具应用前景。

太赫兹共焦成像技术利用针孔滤波，提高焦平面处样品成像的对比度和分辨率，能够对样品进行三维成像，获取样品内部更为丰富的信息，在太赫兹工程化应用中具有十分重要的意义。

太赫兹波导能减少太赫兹波在自由空间传输过程中水汽的吸收损耗，且有利于太赫兹系统的集成化搭建。

目前太赫兹共焦成像系统几乎都采用分立器件，缺乏一体化集成设计，普遍存在结构复杂、体积较大，不方便携带等问题。

发明内容

本发明是为了解决目前太赫兹共焦成像技术中存在的结构复杂、体积较大问题，从而针对性的提出了一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置及成像方法。通过将传统光路中的分立器件集成在太赫兹波导中，使太赫兹共焦成像装置集成紧凑。

本发明采用的技术方案是：

一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置，太赫兹辐射源、太赫兹波导管、太赫兹半透半反镜、太赫兹聚焦透镜、成像样品、金属针孔、太赫兹探测器、数据采集卡、计算机。其所述的太赫兹辐射源，用于产生太赫兹信号；所述太赫兹波导管，用于传输太赫兹波，以减少空气中水汽对太赫兹信号的吸收；所述太赫兹半透半反镜，45°放置于太赫兹波导管中，能透过太赫兹信号，也能反射太赫兹信号；所述太赫兹聚焦透镜，能实现对入射的太赫兹波聚焦的功能；所述成像样品，置于太赫兹波聚焦后的焦平面位置；所述金属针孔，用于滤除成像样品除焦平面外反射回去的太赫兹信号；所述太赫兹探测器，用于探测经样品反射后的太赫兹信号强度；所述数据采集卡，用于采集太赫兹信号；所述计算机，通过编写的LabVIEW上位机程序，联动控制三维电控平移台与数据采集卡，记录太赫兹共焦三维成像。

进一步地，以上所述的太赫兹辐射源是连续太赫兹波，或是脉冲太赫兹波信号。

进一步地，以上所述的太赫兹波导管，是空心太赫兹波光子晶体波导，或是金属波导，其长度根据应用场景改变。

进一步地，以上所述的太赫兹半透半反镜，45°放置于波导管中，是本征高阻硅片，或由非本征高阻硅片材质组成；太赫兹半透半反镜透射与反射太赫兹信号比例是5:5，或是5:5外的任一比例。

进一步地，以上所述的太赫兹波聚焦透镜，是平凸透镜、双凸透镜，或是离轴抛物面镜，其焦距、幅面根据实际应用场景改变。

进一步地，以上所述的金属针孔的孔径根据太赫兹焦点的大小改变的，减小金属针孔的孔径，能提高共焦成像的分辨率。

进一步地，以上所述的太赫兹半透半反镜、聚焦透镜、金属针孔是直接集成在太赫兹波导管中的。