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原文传递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

专利名称：	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
摘要：	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。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	南开大学
发明人：	刘伟伟;高翔;刘晓庆;戴子杰;邹宝刚;林列;张泽宇
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910389049.3
公开号：	CN110057776A
代理机构：	天津耀达律师事务所
代理人：	张耀
分类号：	G01N21/3581(2014.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	300071 天津市南开区卫津路94号
主权项：	1.一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置，其特征在于，太赫兹辐射源(1)、太赫兹波导管(2)、太赫兹半透半反镜(3)、太赫兹聚焦透镜(4)、成像样品(5)、金属针孔(6)、太赫兹探测器(7)、数据采集卡(8)、计算机(9)；其所述的太赫兹辐射源(1)，用于产生太赫兹信号；所述太赫兹波导管(2)，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(3)，45°放置于太赫兹波导管(2)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(4)，能实现对入射的太赫兹波聚焦的功能；所述成像样品(5)，置于太赫兹波聚焦后的焦平面位置；所述金属针孔(6)，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(7)，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(8)，用于采集太赫兹信号；所述计算机(9)，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。 2.根据权利要求1所述的一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置，其特征在于：所述的太赫兹辐射源(1)是连续太赫兹波，或是脉冲太赫兹波信号。 3.根据权利要求1所述的一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置，其特征在于所述的太赫兹波导管(2)，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。 4.根据权利要求1所述的一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置，其特征在于所述的太赫兹半透半反镜(3)，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(3)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。 5.根据权利要求1所述的一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置，其特征在于所述的太赫兹波聚焦透镜(4)，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。 6.根据权利要求1所述的一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置，其特征在于所述的金属针孔(6)的孔径根据太赫兹焦点的大小改变，减小金属针孔的孔径，能提高共焦成像的分辨率。 7.根据权利要求1所述的一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置，其特征在于所述太赫兹半透半反镜(3)、太赫兹聚焦透镜(4)以及金属针孔(6)是直接集成在太赫兹波导管(2)中的。 8.根据权利要求1所述的一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置，其特征在于所述太赫兹波导管(2)和太赫兹聚焦透镜(4)由3D打印加工制备；材料包括但不限于TPX、Teflon、PLC、ABS。 9.根据权利要求1所述的一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置，其特征在于所述的太赫兹探测器(7)，是连续太赫兹波探测器，或是脉冲太赫兹波探测，与所用的太赫兹辐射源(1)相对应。 10.一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像方法，包括权利要求1-9任一项所述装置，其特征在于：首先，将太赫兹辐射源(1)产生的太赫兹波直接耦合至太赫兹波导管(2)中进行低损耗传输，经太赫兹半透半反镜(3)，透射部分的太赫兹信号继续传输至太赫兹聚焦透镜(4)上；然后，在太赫兹聚焦透镜的焦距附近，采用刀片法测得不同位置处太赫兹光束的半高全宽值FWHM，取出FWHM最小值对应的位置，即为实际的焦点位置，所在的平面为实际焦平面，将成像样品(5)放置于此处；其次，经样品反射后，携带有样品信息的太赫兹波沿原路返回至太赫兹波导管(2)中传输，再经太赫兹半透半反镜(3)反射至太赫兹探测路波导管中；再次，在太赫兹探测路使用刀片法找到物方焦点的共轭焦点，在此处放置金属针孔(6)，孔径大小不超过物方太赫兹焦点的FWHM值，以滤除成像样品(5)在焦平面以外反射回的太赫兹信号；最后，在金属针孔(6)后面放置太赫兹探测器(7)，收集探测焦平面处成像样品(5)反射太赫兹信号的强度值，传输至数据采集卡(8)，通过计算机(9)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。 11.根据权利要求10所述的一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像方法，其特征在于所述的三维电控平移台在共焦成像过程中包括两种配置：成像样品保持不动，其余部分整体固定在三维电控平移台上；或是成像样品固定在三维电控平移台上，而其余部分保持不动。
所属类别：	发明专利