一種太赫茲波段的顯微鏡的制作方法
【專利摘要】一種太赫茲波段的顯微鏡，屬于太赫茲波段的探測(cè)裝置，解決現(xiàn)有太赫茲波段成像探測(cè)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性差、成像速度慢的問(wèn)題。本發(fā)明包括透光載玻片、編碼板、取景窗、匯聚鏡及太赫茲探測(cè)器；編碼板為表面具有能遮擋太赫茲波段光的亞波長(zhǎng)厚度金屬鍍膜的基板，金屬鍍膜上制作有亞波長(zhǎng)小孔陣列，所述亞波長(zhǎng)小孔陣列中，各小孔按循環(huán)s矩陣分布，小孔孔徑小于瑞利判據(jù)中的r值；經(jīng)透光載玻片上的樣品過(guò)來(lái)的太赫茲光在所述編碼板的小孔中被提取轉(zhuǎn)換為傳導(dǎo)波并經(jīng)所述取景窗取樣，再經(jīng)過(guò)匯聚鏡匯聚送往太赫茲探測(cè)器接收。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、成像速度較快，太赫茲光波段圖像分辨率為15微米左右，為細(xì)胞、薄層組織及材料研究提供了新觀察平臺(tái)。
【專利說(shuō)明】一種太赫茲波段的顯微鏡

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太赫茲波段成像探測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)顯微鏡以不帶電的光子為信息載體，是生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的基本工具。然而， 光學(xué)顯微鏡只是利用了電磁波譜中很窄的一段電磁波作為觀察目標(biāo)的信息載體，實(shí)際上從 可見(jiàn)光的長(zhǎng)波段到無(wú)線電波的毫米波之間還有紅外線和太赫茲波。太赫茲波段系指包括 0.ITHz至lOTHz頻率的電磁波譜段的電磁波；太赫茲波長(zhǎng)期受到探測(cè)手段及光源的限制而 沒(méi)有得到應(yīng)有的開發(fā)；近來(lái)相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促使人們對(duì)于太赫茲波所蘊(yùn)藏的潛力的認(rèn) 識(shí)大為提高，太赫茲科技得到快速發(fā)展，太赫茲成像技術(shù)成為一個(gè)重要的高技術(shù)；其中，僅 僅依靠單個(gè)太赫茲探測(cè)器的成像技術(shù)是一個(gè)重要分支?，F(xiàn)有太赫茲波段成像探測(cè)裝置包括 實(shí)體探針、探針掃描驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和太赫茲探測(cè)器，以實(shí)體探針做近場(chǎng)掃描而獲得顯微圖像，分 辨率很高，但是掃描驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和后續(xù)配套系統(tǒng)復(fù)雜且成像速度慢。
[0003] 為便于理解本發(fā)明，對(duì)有關(guān)術(shù)語(yǔ)加以解釋：
[0004] 衍射限分辨率是指以瑞利判據(jù)：r蘭1.22XA2nXsin(0)所限定的物體上最小 可分辨兩相鄰點(diǎn)間的距離，其中r:表示物體上最小可分辨兩相鄰點(diǎn)間的距離，A:工作波 長(zhǎng)，n:鏡頭折射率，0 :鏡頭通光口徑的半張角。
[0005] 亞波長(zhǎng)小孔陣列是指制作到能阻擋工作光波的薄膜上的按一定規(guī)律排列的通光 小孔陣列，小孔孔徑小于或遠(yuǎn)小于瑞利判據(jù)中的r值，陣列的型式為循環(huán)s矩陣，以循環(huán)s 矩陣的陣列型式做光場(chǎng)信息編碼時(shí)理論上可獲得很大信噪比；編碼是指對(duì)待觀測(cè)樣品的一 個(gè)確定尺寸的觀察區(qū)而言，讓穿過(guò)樣品的工作波長(zhǎng)為A(或?yàn)锳A)的光中為這個(gè)確定尺 寸的觀察區(qū)所界定的那部分光通過(guò)上述亞波長(zhǎng)小孔陣列中的一個(gè)個(gè)鄰接的指定區(qū)域，并籍 助緊接于上述亞波長(zhǎng)小孔陣列的取景窗或者光波導(dǎo)（與工作光波波長(zhǎng)A或?yàn)锳A相對(duì)應(yīng) 的），將通過(guò)觀察區(qū)所界定這一個(gè)指定的亞波長(zhǎng)小孔陣列的某一部分（子陣列）的多路小孔 傳送過(guò)來(lái)的光場(chǎng)信息混合起來(lái)逐次送入一個(gè)后置探測(cè)器，轉(zhuǎn)換成一系列電信號(hào)，此電信號(hào) 的值與子陣列對(duì)應(yīng)，電信號(hào)的個(gè)數(shù)即為子陣列的個(gè)數(shù)；這一系列電信號(hào)經(jīng)解碼算法還原出 確定尺寸的觀察區(qū)所對(duì)應(yīng)的待觀測(cè)樣品表面的二維光近場(chǎng)分布圖像；此圖像的分辨率被亞 波長(zhǎng)小孔的特征尺寸所決定，小孔的特征尺寸可為邊長(zhǎng)（當(dāng)為正方形或矩形）。
[0006] 為便于描述，本申請(qǐng)文件中設(shè)立X-Y直角坐標(biāo)系，紙面上水平方向?yàn)閄軸，向右為 其正向；Y軸與X軸垂直，Y軸的正向垂直于紙面向里。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供一種太赫茲波段的顯微鏡，解決現(xiàn)有太赫茲波段成像探測(cè)裝置結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、穩(wěn)定性差、成像速度慢的問(wèn)題；本發(fā)明免去探針，從而也免去為保證針尖到樣品表面極 近距離的保持裝置及相關(guān)系統(tǒng)，而能夠?qū)崿F(xiàn)超衍射限分辨率成像。
[0008] 本發(fā)明所提供的一種太赫茲波段的顯微鏡，包括透光載玻片以及位于其上方、自 下而上順序緊密排列并連接的編碼板、取景窗和匯聚鏡，匯聚鏡上方設(shè)置太赫茲探測(cè)器，所 述取景窗為矩形透光窗，其特征在于：
[0009] 所述編碼板為表面具有能遮擋太赫茲波段光的亞波長(zhǎng)厚度金屬鍍膜的基板，所述 基板為能夠透過(guò)太赫茲波段光的高阻硅板或石英板，金屬鍍膜上制作有亞波長(zhǎng)小孔陣列， 所述亞波長(zhǎng)小孔陣列中，各小孔按循環(huán)s矩陣分布，小孔孔徑小于瑞利判據(jù)中的r值；
[0010] 所述匯聚鏡為能夠匯聚太赫茲束的硅透鏡或者聚合物透鏡；所述太赫茲探測(cè)器為 能夠探測(cè)太赫茲波的單元探測(cè)器；
[0011] 經(jīng)透光載玻片上的樣品過(guò)來(lái)的太赫茲光在所述編碼板的小孔中被提取轉(zhuǎn)換為傳 導(dǎo)波并經(jīng)所述取景窗取樣，再經(jīng)過(guò)匯聚鏡匯聚送往太赫茲探測(cè)器接收。
[0012] 所述太赫茲波段的顯微鏡，所述亞波長(zhǎng)小孔陣列為由0和1組成的M行N列循環(huán)S 矩陣，亞波長(zhǎng)小孔陣列大小MXN，MXN= 3、7、15、35、63、255、511、1023、或 2047;折疊方式 為一維排列或者二維排列；所述亞波長(zhǎng)小孔端面形狀為柵欄狀，每個(gè)小孔均由平行排列的 P條矩形狹縫構(gòu)成，P= 4?10,所述小孔孔徑由第一條矩形狹縫和第P條矩形狹縫的距離 以及矩形狹縫的長(zhǎng)度確定；小孔垂直方向形狀為梳狀，每條梳齒為棱臺(tái)或棱柱；

【權(quán)利要求】
1. 一種太赫茲波段的顯微鏡，包括透光載玻片（1)以及位于其上方、自下而上順序緊 密排列并連接的編碼板（3)、取景窗（4)和匯聚鏡（5)，匯聚鏡（5)上方設(shè)置太赫茲探測(cè)器 (6)，所述取景窗為矩形透光窗，其特征在于： 所述編碼板（3)為表面具有能遮擋太赫茲波段光的亞波長(zhǎng)厚度金屬鍍膜的基板，所述 基板為能夠透過(guò)太赫茲波段光的高阻硅板或石英板，金屬鍍膜上制作有亞波長(zhǎng)小孔陣列， 所述亞波長(zhǎng)小孔陣列中，各小孔按循環(huán)s矩陣分布，小孔孔徑小于瑞利判據(jù)中的r值； 所述匯聚鏡為能夠匯聚太赫茲束的硅透鏡或者聚合物透鏡；所述太赫茲探測(cè)器為能夠 探測(cè)太赫茲波的單元探測(cè)器； 經(jīng)透光載玻片（1)上的樣品（2)過(guò)來(lái)的太赫茲光（11)在所述編碼板（3)的小孔中被 提取轉(zhuǎn)換為傳導(dǎo)波并經(jīng)所述取景窗（4)取樣，再經(jīng)過(guò)匯聚鏡（5)匯聚送往太赫茲探測(cè)器（6) 接收。
2. 如權(quán)利要求1所述太赫茲波段的顯微鏡，其特征在于： 所述亞波長(zhǎng)小孔陣列為由〇和1組成的M行N列循環(huán)s矩陣，亞波長(zhǎng)小孔陣列大小 MXN，MXN = 3、7、15、35、63、255、511、1023、或2047;折疊方式為一維排列或者二維排列； 所述亞波長(zhǎng)小孔端面形狀為柵欄狀，每個(gè)小孔均由平行排列的P條矩形狹縫構(gòu)成，P = 4? 10,所述小孔孔徑由第一條矩形狹縫和第P條矩形狹縫的距離以及矩形狹縫的長(zhǎng)度確定； 小孔垂直方向形狀為梳狀，每條梳齒為棱臺(tái)或棱柱； MXN = 3時(shí)，首行為101 ; MXN = 7 時(shí)，首行為 1110100 ; MXN = 15 時(shí)，首行為 000100110101111 ; MXN = 35 時(shí)，首行為 00100110101000010011101111100011101 ; MXN = 63時(shí)，首行為： 00000100001100010100111101000111001 0010110111011001101010111111； MXN = 225時(shí)，首行為： 00000 00101 11000 11101 11100 01011 00110 11000 01111 00111 00001 01011 11111 10010 11110 10010 10000 11011 10110 11111 01011 10100 00011 00101 01010 00110 10110 00110 00001 00101 10110 10100 11010 01111 11011 10011 00111 10110 01000 01000 00011 10010 01001 10001 00111 01010 11010 00100 01010 01000 11111 ； 以下字符對(duì)應(yīng)關(guān)系：以八進(jìn)制〇、1、2、3、4、5、6、7分別表示二進(jìn)制000、001、010、011、 100、101、110、111; MXN = 511時(shí)，首行為： 00102 14116 25303 36467 10502 55176 62226 77115 23140 14312 15137 64261 65454 74373 50153 33540 55372 52012 25713 56016 35117 27242 20634 13666 32073 60777 01737 05631 01123 55074 76330 52216 15527 04610 4 ； MXN = 1023時(shí)，首行為： 00040 22101 44641 12417 27266 60030 15460 53270 67704 36366 64012 05524 37362 26023 10506 67007 43577 10305 56415 26362 66202 11140 26123 54705 76505 66541 46650 16475 15223 40763 46750 52676 04721 65755 10205 12616 37660 43234 47415 66143 67644 50064 31351 32105 46451 06073 36027 12716 73463 52736 62423 30416 27624 63125 17630 65715 32304 56057 25277 64052 27425 73523 34434 37760 07037 56117 43175 31311 1 ； MXN = 2047時(shí)，首行為： 00020 02402 10252 20064 07106 72724 24121 10532 41411 71347 13671 12730 25620 56445 15436 73125 70046 05744 43553 26143 57324 54147 17674 12310 77260 43453 34153 16175 54267 23247 41631 57764 01101 32114 53741 03123 70706 66733 25540 67072 66433 13571 24701 66153 56125 50062 07646 11753 42132 51403 70306 36771 20704 66573 04565 45074 26323 74703 66313 77100 72064 47156 76521 00520 40450 54247 21645 51463 77700 06007 40630 77660 13411 31317 17474 36331 75742 43213 45134 31337 15076 26163 55726 44315 37610 15216 05544 67572 24461 57564 25120 30436 53101 72144 57544 27522 20664 73165 75042 25260 03403 30356 32754 04305 36411 11333 15576 64131 11733 45534 61375 10232 27462 37670 12610 35232 07446 35772 40410 51243 01361 11533 61515 63657 10472 56405 10432 53401 30116 13551 26303 76301 76141 57164 75162 35672 524。
3.如權(quán)利要求1或2所述太赫茲波段的顯微鏡，其特征在于： 使用于擴(kuò)大視場(chǎng)時(shí)，采用合成編碼板（7)取代所述編碼板（3)，合成編碼板（7)由L個(gè) 相同面積的所述編碼板（3)沿X方向密接排列構(gòu)成；每個(gè)編碼板（3)上接一個(gè)獨(dú)立的、與編 碼板（3)尺寸相匹配的取景窗（4)，分別傳送相應(yīng)的編碼板送過(guò)來(lái)的光信號(hào)，L個(gè)相同面積 的所述取景窗（4)沿X方向密接排列構(gòu)成合成取景窗（8);每個(gè)取景窗上連接片狀光波導(dǎo)， L片片狀光波導(dǎo)沿X方向密接排列構(gòu)成合成傳輸光波導(dǎo)（9)，所述合成傳輸光波導(dǎo)（9)的輸 出端自下而上依次連接一維編碼板（10)和匯聚鏡（5)，匯聚鏡（5)上方設(shè)置太赫茲探測(cè)器 (6);所述合成編碼板（7)與相應(yīng)的Y方向掃描器相連，所述一維編碼板（10)與相應(yīng)的X方 向掃描器相連； 所述一維編碼板（10)為表面具有能遮擋太赫茲波段光的亞波長(zhǎng)厚度金屬鍍膜的基 板，所述基板為能夠透過(guò)太赫茲波段光的高阻硅板或石英板，金屬鍍膜上制作有小孔陣列， 所述小孔陣列由L階循環(huán)s矩陣構(gòu)成，所述小孔端面形狀為矩形，所述小孔孔徑與合成傳 輸光波導(dǎo)9中各片狀光波導(dǎo)出口端面尺寸相同；所述L = 3、7、11、15、19、23、31、35、43、47、 63、71、79、83、103、127、255、511、1023。
【文檔編號(hào)】G01N21/3581GK104458643SQ201410748137
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】葉梅, 葉虎年 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)