本專利涉及太赫茲成像領(lǐng)域，涉及一種太赫茲亞波長分辨成像裝置。

背景技術(shù)：

太赫茲(Terahertz/THz)波是指頻率在0.1-10THz(波長30-3000μm)范圍內(nèi)的電磁波，具有低能性、相干性、寬帶性和穿透性等特性。因為這些獨特性質(zhì)，太赫茲波在通信、天文、醫(yī)學(xué)成像、無損檢測和安保等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力，近年來已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點。太赫茲技術(shù)發(fā)展的重要研究內(nèi)容之一是太赫茲探測技術(shù)，發(fā)展工作靈敏度高、使用方便、成本合理的太赫茲探測器，將在生物醫(yī)學(xué)及化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、天文學(xué)和遙感、通信技術(shù)、安全檢查等領(lǐng)域發(fā)揮巨大效用，具有重大的應(yīng)用意義。

雖然太赫茲成像技術(shù)在材料表征，半導(dǎo)體器件檢測，生物醫(yī)學(xué)，安全檢查等方面展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景，但目前的太赫茲波成像技術(shù)大多受制于傳統(tǒng)的光學(xué)反射-透射鏡組，以及器件的空間分辨率，成像最小分辨的尺寸大約為太赫茲波長的一半，使得其應(yīng)用領(lǐng)域受限。對于結(jié)合了掃面探針技術(shù)的近場成像裝置而言，雖然其能夠獲得很高的成像分辨率，但單點掃描成像的方式速度較慢，也限制了在較大范圍內(nèi)快速太赫茲探測成像的應(yīng)用。因此突破衍射極限，實現(xiàn)快速的二維高分辨率成像，是太赫茲成像技術(shù)亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本專利的目的是公開一種透射式的太赫茲亞波長分辨成像裝置，能夠?qū)⑻掌澆ń鼒龀上竦目臻g分辨率提高到優(yōu)于0.02λ量級，提高近場成像質(zhì)量，為 材料表征，生物醫(yī)學(xué)成像，半導(dǎo)體器件檢測提供技術(shù)支持。

本專利是將基于電磁勢阱誘導(dǎo)太赫茲探測器和線列太赫茲掃描成像技術(shù)相結(jié)合，通過不受光學(xué)衍射極限限制的太赫茲近場光學(xué)信號對物體成像，發(fā)展出一種可快速實現(xiàn)近場成像的亞波長分辨太赫茲成像裝置，成像分辨率可達到0.02λ量級。所述的透射式亞波長分辨太赫茲成像裝置，可以克服探針掃描式器件成像速度慢的問題，能快速獲得樣品表面形貌和樣品太赫茲波透射指紋光譜等信息，為材料表征，生物醫(yī)學(xué)成像，半導(dǎo)體器件檢測提供有效方法。

為達到上述目的，本專利提供以下技術(shù)方案：

一種太赫茲亞波長分辨成像裝置，包括控制電腦，0.15-0.5THz可調(diào)頻太赫茲固態(tài)倍頻源，離軸拋物面鏡，PE聚焦鏡，聚四氟乙烯樣品池，PET保護片，線列太赫茲探測器，聚氨酯吸收層，前置放大器及讀出電路，AD轉(zhuǎn)換器；

所述0.15-0.5THz可調(diào)頻太赫茲固態(tài)倍頻源為美國VDI公司制造，通過Agilent E8257D商用微波源提供基頻，經(jīng)過12、24、36倍倍頻，逐點變化基頻微波頻率，可產(chǎn)生離散變化的太赫茲波，通過商用微波源內(nèi)部提供的幅度調(diào)制功能，實現(xiàn)出射太赫茲波的方波調(diào)制，并為鎖相放大器提供參考信號；出射的太赫茲波通過拋物面鏡和PE聚焦鏡組會聚為準(zhǔn)平行光，照射到聚四氟乙烯樣品池上，被測樣品上表面透射的太赫茲波通過線列太赫茲探測器接收；所述線列器件以直接探測方式工作，可直接獲得透射太赫茲波近場的場強分布信息；線列太赫茲探測器固定在可精密控制位移的三維調(diào)節(jié)架上，調(diào)節(jié)架用于調(diào)節(jié)器件敏感元和待測樣品之間的距離，及線列掃描測試位移動作；控制電腦用于協(xié)調(diào)控制Agilent E8257D商用微波源，倍頻器，鎖相放大器，線列探測器件和三維調(diào)節(jié)架的工作；

所述線列太赫茲探測器用于接收入射太赫茲波，獲得太赫茲近場信號，器 件電極尺寸不超過探測波長的0.2倍，器件敏感元尺寸不超過探測波長的0.02倍；所述的線列太赫茲器件安裝在氧化鋁襯底上，氧化鋁襯底表面為棱錐狀聚氨酯陣列材料，用于吸收入射的太赫茲波，減少反射波對探測信號的影響；器件天線用于增強敏感元的耦合效率，成像分辨率與敏感元尺寸相當(dāng)，通過一維掃描和鎖相放大器逐點讀取線列器件各個敏感元兩端信號電壓，可快速獲得待測樣品透射太赫茲波的近場信息。

所述的線列太赫茲探測器8為碲鋅鎘襯底的64×1元的碲鎘汞探測器件，包括碲鎘汞敏感元8-1和耦合天線8-2，各探測單元位于氧化鋁襯底片9的上方，通過前置放大器及讀出電路11中的選擇芯片使線列器件各單元器件的信號逐個讀出，鎖相放大器對太赫茲探測器在微波源調(diào)制頻率基頻進行鎖相放大而提取出太赫茲波近場信號；

所述的耦合天線8-2為在器件兩側(cè)對稱分布的扇形天線，分別與器件兩側(cè)接觸，中間部分為碲鎘汞探測器件敏感元8-1；天線總尺寸不超過工作的波長的0.2倍，碲鎘汞探測器件敏感元8-1長度不超過探測波長的0.02倍；

所述的線列太赫茲探測器8下表面的PET隔離片12緊貼著被測樣品層7的上表面，距離樣品層不超過待測波長的0.1倍；被測樣品上表面透射的太赫茲波通過線列太赫茲探測器8接收。

本專利具有如下優(yōu)點：

1、線列器件成像速度快，成像效率遠高于掃描探針模式工作的成像裝置。

2、測試裝置采用的線列器件為基于電磁誘導(dǎo)勢阱效應(yīng)的金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)的太赫茲探測器，敏感元尺寸遠小于波長，成像分辨率高。

3、測試裝置可同時獲得待測樣品片表面太赫茲波的近場分布信息，以及0.15-0.5THz波段的透射指紋光譜信息。

附圖說明：

圖1為本專利的結(jié)構(gòu)框架圖，

圖2為本專利線列探測器件的側(cè)視圖，

圖3為本專利線列探測器件的俯視圖。

具體實施方式

為使本專利的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖描述本專利的示例性實施例的技術(shù)方案。

本專利提供了一種太赫茲亞波長分辨成像裝置。該成像裝置包括：(1)微波源與固態(tài)倍頻源，用于產(chǎn)生太赫茲波。(2)離軸拋物面鏡，PE聚焦鏡，用于聚焦獲得太赫茲準(zhǔn)平面波。(3)聚四氟乙烯樣品池，待測樣品。(4)線列太赫茲探測器，聚氨酯吸收層，前置放大器及讀出電路(5)鎖相放大器與控制電腦。

依照附圖1所示的結(jié)構(gòu)，制作了三種類型實施例探測器件。

實施例探測裝置1：

使用商用Agilent微波源2提供基頻，利用太赫茲固態(tài)倍頻源，經(jīng)過12倍頻產(chǎn)生0.15-0.20THz的太赫茲波；經(jīng)過離軸拋物面鏡4和PE聚焦鏡組5聚焦太赫茲波，得到太赫茲準(zhǔn)平面波；

在裝有前置放大器及讀出電路11的盒子上安裝聚氨酯吸收材料10，聚氨酯吸收材料10為棱柱狀突起陣列，用于吸收入射的太赫茲波，減少反射波的干擾；聚氨酯材料表面為氧化鋁襯底片9，用于固定線列太赫茲器件8和引出電學(xué)信號；線列太赫茲器件8用于接收入射的太赫茲準(zhǔn)平面波信號，線列器件為天線耦合電磁誘導(dǎo)勢阱效應(yīng)的碲鎘汞探測器，器件為64×1元，其天線為在器件兩側(cè)對稱分布的扇形天線8-1，分別與器件兩側(cè)接觸，中間部分為碲鎘汞 探測器件敏感元8-2；天線總尺寸為120μm，碲鎘汞探測器件敏感元8-2長度為12μm；器件表面的PET隔離片12用于保護線列器件，避免其表面與樣品直接接觸。聚四氟乙烯樣品池6中放有待測樣品片7。測試時，使用控制電腦1控制三維調(diào)節(jié)架調(diào)節(jié)探測器件8與待測樣品片7的相對位置，使兩者距離不超過0.15mm；

使用前置放大器及讀出電路中的控制電路，在樣品池不加樣品的情況下，逐個讀取器件信號，控制三維調(diào)節(jié)架使之在紙面方向運動，得到背景信號值；裝上樣品片，逐個讀取器件信號，控制三維調(diào)節(jié)架使之在紙面方向運動，測得器件探測的近場信號，獲得樣品表面附近的太赫茲近場圖像。

實施例探測裝置2：

使用商用Agilent微波源2提供基頻，利用太赫茲固態(tài)倍頻源，經(jīng)過12倍頻產(chǎn)生0.30-0.35THz的太赫茲波；經(jīng)過離軸拋物面鏡4和PE聚焦鏡組5聚焦太赫茲波，得到太赫茲準(zhǔn)平面波；

在裝有前置放大器及讀出電路11的盒子上安裝聚氨酯吸收材料10，聚氨酯吸收材料10為棱柱狀突起陣列，用于吸收入射的太赫茲波，減少反射波的干擾；聚氨酯材料表面為氧化鋁襯底片9，用于固定線列太赫茲器件8和引出電學(xué)信號；線列太赫茲器件8用于接收入射的太赫茲準(zhǔn)平面波信號，線列器件為天線耦合電磁誘導(dǎo)勢阱效應(yīng)的碲鎘汞探測器，器件為64×1元，其天線為在器件兩側(cè)對稱分布的扇形天線8-1，分別與器件兩側(cè)接觸，中間部分為碲鎘汞探測器件敏感元8-2；天線總尺寸為120μm，碲鎘汞探測器件敏感元8-2長度為12μm；器件表面的PET隔離片12用于保護線列器件，避免其表面與樣品直接接觸。聚四氟乙烯樣品池6中放有待測樣品片7。測試時，使用控制電腦1控制三維調(diào)節(jié)架調(diào)節(jié)探測器件8與待測樣品片7的相對位置，使兩者距離不超 過0.086mm；

使用前置放大器及讀出電路中的控制電路，在樣品池不加樣品的情況下，逐個讀取器件信號，控制三維調(diào)節(jié)架使之在紙面方向運動，得到背景信號值；裝上樣品片，逐個讀取器件信號，控制三維調(diào)節(jié)架使之在紙面方向運動，測得器件探測的近場信號，獲得樣品表面附近的太赫茲近場圖像。

實施例探測裝置3：

使用商用Agilent微波源2提供基頻，利用太赫茲固態(tài)倍頻源，經(jīng)過12倍頻產(chǎn)生0.15-0.20THz的太赫茲波；經(jīng)過離軸拋物面鏡4和PE聚焦鏡組5聚焦太赫茲波，得到太赫茲準(zhǔn)平面波；

在裝有前置放大器及讀出電路11的盒子上安裝聚氨酯吸收材料10，聚氨酯吸收材料10為棱柱狀突起陣列，用于吸收入射的太赫茲波，減少反射波的干擾；聚氨酯材料表面為氧化鋁襯底片9，用于固定線列太赫茲器件8和引出電學(xué)信號；線列太赫茲器件8用于接收入射的太赫茲準(zhǔn)平面波信號，線列器件為天線耦合電磁誘導(dǎo)勢阱效應(yīng)的碲鎘汞探測器，器件為64×1元，其天線為在器件兩側(cè)對稱分布的扇形天線8-1，分別與器件兩側(cè)接觸，中間部分為碲鎘汞探測器件敏感元8-2；天線總尺寸為120μm，碲鎘汞探測器件敏感元8-2長度為12μm；器件表面的PET隔離片12用于保護線列器件，避免其表面與樣品直接接觸。聚四氟乙烯樣品池6中放有待測樣品片7。測試時，使用控制電腦1控制三維調(diào)節(jié)架調(diào)節(jié)探測器件8與待測樣品片7的相對位置，使兩者距離不超過0.06mm；

使用前置放大器及讀出電路中的控制電路，在樣品池不加樣品的情況下，逐個讀取器件信號，控制三維調(diào)節(jié)架使之在紙面方向運動，得到背景信號值；裝上樣品片，逐個讀取器件信號，控制三維調(diào)節(jié)架使之在紙面方向運動，測得 器件探測的近場信號，獲得樣品表面附近的太赫茲近場圖像。

顯然所描述的實施例只是本專利的一部分實施例，而不是全部的實施例。所描述的實施例僅用于圖示說明，而不是對本專利范圍的限制?；诒緦＠膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本專利保護的范圍。