本發(fā)明涉及太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及太赫茲近場(chǎng)成像探頭和太赫茲近場(chǎng)成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

太赫茲波是一種頻率從0.1-10thz(波長(zhǎng)范圍0.03mm-3mm)的電磁波，其在整個(gè)電磁波頻譜中介于毫米波和遠(yuǎn)紅外之間，處于由電子學(xué)向光子學(xué)過(guò)度區(qū)。與微波和毫米波相比，太赫茲波波長(zhǎng)較短，易于實(shí)現(xiàn)極大信號(hào)帶寬和極窄天線波束，而且太赫茲波具有高穿透性、非電離等特點(diǎn)，這些優(yōu)越特性使得太赫茲波在材料無(wú)損檢測(cè)、材料成分分析以及安全檢查方面發(fā)揮著重要作用。其中，生化大分子及活細(xì)胞中，有大量豐富的太赫茲指紋譜，鑒定并利用這些譜，將是太赫茲技術(shù)未來(lái)的重要方向之一。

然而，由于太赫茲波相對(duì)光學(xué)頻段的大波長(zhǎng)(幾十微米-幾毫米)，在衍射極限的限制下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)空間上的高分辨率成像。目前，在太赫茲頻段，由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的困難，導(dǎo)致依賴波導(dǎo)傳輸?shù)慕鼒?chǎng)探頭都具有高損耗、大色散的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)空間上的高分辨率成像問(wèn)題，提供一種超大帶寬、超低損耗、超低色散，可以實(shí)現(xiàn)太赫茲近場(chǎng)超分辨成像的太赫茲近場(chǎng)成像探頭和太赫茲近場(chǎng)成像系統(tǒng)。

一種太赫茲近場(chǎng)成像探頭，包括：

索末菲線波導(dǎo)端，用于耦合并傳輸具有徑向偏振的太赫茲波；

探測(cè)針尖，與所述索末菲線波導(dǎo)端一體成型，用于將所述太赫茲波聚焦在所述探測(cè)針尖的近場(chǎng)使所述太赫茲波攜帶待測(cè)樣品的信息，并將攜帶所述待測(cè)樣品信息的太赫茲波反射至所述索末菲線波導(dǎo)端。

上述太赫茲近場(chǎng)成像探頭包括索末菲線波導(dǎo)端和探測(cè)針尖，在索末菲線波導(dǎo)端中傳播的太赫茲波稱為索末菲波，具有超大帶寬(0.1-5thz)，在大帶寬范圍內(nèi)超低損耗、超低色散的特點(diǎn)。探測(cè)針尖將在索末菲線波導(dǎo)端自由傳輸?shù)乃髂┓撇ň劢乖谔綔y(cè)針尖的近場(chǎng)，就可以將太赫茲波(索末菲波)聚焦至極小，在近場(chǎng)范圍內(nèi)突破衍射極限，實(shí)現(xiàn)超分辨成像。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述索末菲線波導(dǎo)端為圓柱形；所述探測(cè)針尖為圓錐狀。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述索末菲線波導(dǎo)端為圓柱形；所述探測(cè)針尖為子彈頭狀，且所述探測(cè)針尖的側(cè)面均為圓滑的曲面。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述索末菲線波導(dǎo)端為橢圓柱形；所述探測(cè)針尖為橢圓錐狀。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述探測(cè)針尖尖端的截面半徑小于所述太赫茲波的波長(zhǎng)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述索末菲線波導(dǎo)端為裸露的不銹鋼絲波導(dǎo)端、裸露的金絲波導(dǎo)端、銀絲波導(dǎo)端或銅絲波導(dǎo)端。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括位于所述索末菲線波導(dǎo)端外的電介質(zhì)層。

此外，還提供一種太赫茲近場(chǎng)成像系統(tǒng)，包括上述太赫茲近場(chǎng)成像探頭。

附圖說(shuō)明

圖1為一個(gè)實(shí)施例中太赫茲近場(chǎng)成像探頭的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中太赫茲近場(chǎng)成像探頭的俯視圖；

圖3為另一個(gè)實(shí)施例中太赫茲近場(chǎng)成像探頭的俯視圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，一種太赫茲近場(chǎng)成像探頭包括索末菲線波導(dǎo)端110和探測(cè)針尖120。其中，索末菲線波導(dǎo)端110用于耦合并傳輸具有徑向偏振的太赫茲波。其中，“索末菲線(sommerfeldwire)”是一種以表面波方式傳輸電磁場(chǎng)能量的裸露的金屬線。在裸露的金屬線中傳播的太赫茲波稱為“索末菲波(sommerfeldwave)”，索末菲波一般只存在于具有有限電導(dǎo)率的金屬表面，是一種徑向?qū)ΨQ的弱導(dǎo)表面波。索末菲波具有超大帶寬(0.1-5thz)，在大帶寬范圍內(nèi)超低損耗、超低色散的特點(diǎn)。索末菲線波導(dǎo)端110耦合的太赫茲波為具有徑向偏振的太赫茲波，也即為tm01模太赫茲波。其中，tm01模太赫茲波在傳播方向上有電場(chǎng)分量而無(wú)磁場(chǎng)分量，稱為橫磁波。耦合至索末菲線波導(dǎo)端110的太赫茲波(索末菲波)在索末菲線波導(dǎo)端110上傳輸，并傳導(dǎo)至探測(cè)針尖。

探測(cè)針尖120與所述索末菲線波導(dǎo)端110一體成型，用于將所述太赫茲波聚焦在所述探測(cè)針尖120的近場(chǎng)反射待測(cè)樣品的太赫茲信息并傳輸至所述索末菲線波導(dǎo)端110。探測(cè)針尖120將在索末菲線波導(dǎo)端110自由傳輸?shù)乃髂┓撇ň劢乖谔綔y(cè)針尖120的近場(chǎng)，就可以將太赫茲波(索末菲波)聚焦至極小，在近場(chǎng)范圍內(nèi)突破衍射極限，實(shí)現(xiàn)超分辨成像。聚焦后的太赫茲波的尺寸與所述太赫茲波的波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，僅與針尖的長(zhǎng)度以及半徑大小有關(guān)。

進(jìn)一步的，聚焦后的太赫茲波(索末菲波)集中在探測(cè)針尖120的近場(chǎng)，將探測(cè)針尖120靠近樣品，使太赫茲波攜帶待測(cè)樣品信息，并將攜帶待測(cè)樣品信息的太赫茲波反射傳輸給索末菲線波導(dǎo)端110，進(jìn)而在索末菲線波導(dǎo)端110提取待測(cè)樣品信息，實(shí)現(xiàn)太赫茲近場(chǎng)探測(cè)。

在一個(gè)實(shí)施例中，太赫茲近場(chǎng)成像探頭包括一體成型的索末菲線波導(dǎo)端110與探測(cè)針尖120，其中，所述索末菲線波導(dǎo)端110為圓柱形，探測(cè)針尖120為圓錐狀，且探測(cè)針尖120的尖端121為弧面。探測(cè)針尖120將在索末菲線波導(dǎo)端110自由傳輸?shù)乃髂┓撇ň劢乖谔綔y(cè)針尖120的近場(chǎng)。具體地，所述探測(cè)針尖120的半徑小于所述太赫茲波的波長(zhǎng)。探測(cè)針尖120的長(zhǎng)度以及尖端121半徑的大小可以為微米量級(jí)或者為納米量級(jí)。探測(cè)針尖120長(zhǎng)度和半徑的大小共同決定了聚焦后的太赫茲波的尺寸，也即，可以根據(jù)所需聚焦后的太赫茲波的尺寸來(lái)設(shè)定探測(cè)針尖120長(zhǎng)度和半徑的大小。

具體地，所述探測(cè)針尖120的尖端121的截面半徑小于所述太赫茲波的波長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，探測(cè)針尖120的尖端121的截面半徑小于所述太赫茲波的波長(zhǎng)/10。

參考圖3，在一個(gè)實(shí)施例中，太赫茲近場(chǎng)成像探頭包括一體成型的索末菲線波導(dǎo)端210與探測(cè)針尖220，其中，所述索末菲線波導(dǎo)端210為圓柱形，探測(cè)針尖220為子彈頭狀，探測(cè)針尖210的側(cè)面為平滑的曲面，探測(cè)針尖220的尖端221為弧面。探測(cè)針尖220將在索末菲線波導(dǎo)端210自由傳輸?shù)乃髂┓撇ň劢乖谔綔y(cè)針尖220的近場(chǎng)。探測(cè)針尖220長(zhǎng)度和探測(cè)針尖220的尖端221半徑的大小共同決定了聚焦后的太赫茲波的尺寸，也即，可以根據(jù)所需聚焦后的太赫茲波的尺寸來(lái)設(shè)定探測(cè)針尖220長(zhǎng)度和探測(cè)針尖220的尖端221半徑的大小。

在一個(gè)實(shí)施例中，太赫茲近場(chǎng)成像探頭(圖未示)包括一體成型的索末菲線波導(dǎo)端與探測(cè)針尖；其中，所述索末菲線波導(dǎo)端為橢圓柱形，所述探測(cè)針尖為橢圓錐狀。探測(cè)針尖的長(zhǎng)度以及探測(cè)針尖的尖端半徑可以為微米量級(jí)或者為納米量級(jí)。探測(cè)針尖的長(zhǎng)度以及探測(cè)針尖的尖端半徑大小共同決定了聚焦后的太赫茲波的尺寸，也即，可以根據(jù)所需聚焦后的太赫茲波的尺寸來(lái)設(shè)定探測(cè)針尖的長(zhǎng)度以及探測(cè)針尖的尖端半徑的大小。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述索末菲線波導(dǎo)端110、210為裸露的不銹鋼絲波導(dǎo)端。在其他實(shí)施例中，索末菲線波導(dǎo)端110、210還可以為裸露的金絲、銀絲、銅絲或鋁絲波導(dǎo)端，當(dāng)然還可以其他具有有限導(dǎo)電率的索末菲線波導(dǎo)端。

在一個(gè)實(shí)施例中，太赫茲近場(chǎng)成像探頭還包括位于所述索末菲線波導(dǎo)端110或/探測(cè)針尖120的電介質(zhì)層，電介質(zhì)層有利于太赫茲波導(dǎo)的傳輸。具體地，還可以在所述索末菲線波導(dǎo)端110、210或/探測(cè)針尖120、220外還鍍鉑，可以增加探測(cè)針尖120、220的堅(jiān)硬度，同時(shí)起到保護(hù)作用。

在探測(cè)待測(cè)樣品的過(guò)程中，所述探測(cè)針尖120、220的與待測(cè)樣品表面的距離小于所述太赫茲波的波長(zhǎng)。

此外，還提供一種太赫茲近場(chǎng)成像系統(tǒng)，太赫茲近場(chǎng)成像系統(tǒng)包括上述任一實(shí)施例中太赫茲近場(chǎng)成像探頭。太赫茲成像系統(tǒng)，由于包括了上述任一實(shí)施例中的太赫茲近場(chǎng)成像探頭，具有超大帶寬、超低損耗、超低色散的特性且可以實(shí)現(xiàn)太赫茲近場(chǎng)超分辨成像。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說(shuō)明書(shū)記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。