[发明专利]一种基于射频电子学方法的散射式太赫兹近场显微镜

摘要

一种基于射频电子学方法的散射式太赫兹近场显微镜，该系统包括第一部分：第一射频种子源、第一功分器、第一倍频器、定向耦合器；第二部分：第二射频种子源、第二功分器、第二倍频器、混频器；以及抛物面镜、压电陶瓷、纳米级曲率探针、样品、射频混频器、第三倍频器、中频混频器、锁相放大器、信号发生器、计算机、导视激光器和反光镜片。本发明通过射频混频技术提供本振信号，而后对混频器输出的中频信号进行滤波降噪，再采用锁相技术将将近场波提取出来，从而有效地得到待测样品的信息。同时本发明还具有结构紧凑简单、操作简单、探测效率高、稳定性高、可操作性强等特点，能够完成近场THz弱散射信号的幅值和相位的提取工作。

主权项

1.一种基于射频电子学方法的散射式太赫兹近场显微镜，其特征在于：第一部分和第二部分；第一部分包括第一射频种子源(1)、第一功分器(3)、第一倍频器(5)和定向耦合器(7)；第二部分包括第二射频种子源(2)、第二功分器(4)、第二倍频器(6)、混频器(8)；以及抛物面镜(9)、压电陶瓷(10)、纳米级曲率探针(11)、样品(12)、射频混频器(13)、第三倍频器(14)、中频混频器(15)、锁相放大器(16)、信号发生器(17)、计算机(18)、导视激光器(19)、反光镜片(20)；第一部分中第一射频种子源(1)与第一功分器(3)的a端相连，第一功分器(3)的b端与射频混频器(13)的a端相连，第一功分器(3)的c端与第一倍频器(5)相连，第一倍频器(5)与定向耦合器(7)相连；第二部分中第二射频种子源(2)与第二功分器(4)的a端相连，第二功分器(4)的b端与射频混频器(13)的b端相连，第二功分器(4)的c端与第二倍频器(6)相连，第二倍频器(6)与混频器(8)的a端相连，混频器(8)的b端与定向耦合器(7)相连，混频器(8)的c端与中频混频器(15)相连；射频混频器(13)的c端与第三倍频器(14)相连，第三倍频器(14)与中频混频器(15)相连，中频混频器(15)与锁相放大器(16)相连，锁相放大器(16)与信号发生器(17)相连，信号发生器(17)与探针上的压电陶瓷(10)相连，纳米级曲率探针(11)在压电陶瓷(10)促动下进行高频振动，计算机(18)接收并处理锁相放大器(16)处理完毕的信号；第一部分中第一射频种子源(1)发出的信号由第一功分器(3)分为两路，一路连接到第一倍频器(5)，经过其倍频后传输到定向耦合器(7)并经过其波导口发射出去，另一路信号传输到射频混频器(13)中；第二部分中第二射频种子源(2)发出的信号由第二功分器(4)分为两路，一路信号传输到射频混频器(13)中，另一路连接到第二倍频器(6)，经过其倍频后传输到混频器(8)中；定向耦合器(7)的波导口发出的THz波经离轴抛物面镜(9)汇聚后照射到由压电陶瓷(10)驱动的高频振动的纳米探针(11)上，然后再由离轴抛物面镜(9)接收含有样品信息的探针针尖的后向散射的非常弱的THz光束，并将其回射到定向耦合器(7)中，随后定向耦合器(7)将接收的回射信号传输到第二部分的混频器(8)中；另一方面射频混频器(13)的输出信号传输给第三倍频器(14)，并经过其倍频后送到中频混频器(15)中，随后该信号与中频混频器(15)的另一端输入做混频，然后混频后的信号送到锁相放大器(16)中处理并传送到计算机(18)中，最终就可得到所测试的样品的幅值和相位信息，即在THz波段的电磁信息；本发明中，发光镜片(20)可以在透射绝大部分的THz波的同时反射导视激光器(19)发出的光；导视激光器(19)发出的光为肉眼可见的光，通过发光镜片(20)的作用，可以将可见光路与THz光路调整为重合光路，起到良好的导视作用，为光路调节提供很大的方便；通过信号发生器(17)的两路同步输出同时控制纳米级探针(11)和锁相放大器(16)参考信号输入，实现了信号的同步提取，能够准确地获取探针近场区域激发出的电磁波所携带的样品信息，这样就达到了THz近场信号的高效率、高质量、低操作难度探测的目的。