本發(fā)明涉及太赫茲成像領(lǐng)域，涉及一種太赫茲亞波長(zhǎng)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(zhǎng)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?yàn)檫@些獨(dú)特性質(zhì)，太赫茲波在通信、天文、醫(yī)學(xué)成像、無(wú)損檢測(cè)和安保等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力，近年來(lái)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。太赫茲技術(shù)發(fā)展的重要研究?jī)?nèi)容之一是太赫茲探測(cè)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(cè)器，將在生物醫(yī)學(xué)及化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、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(cè)，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(zhǎng)的一半，使得其應(yīng)用領(lǐng)域受限。對(duì)于結(jié)合了掃面探針技術(shù)的近場(chǎng)成像裝置而言，雖然其能夠獲得很高的成像分辨率，但單點(diǎn)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(cè)成像的應(yīng)用。因此突破衍射極限，實(shí)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(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是公開一種透射式的太赫茲亞波長(zhǎng)分辨成像裝置，能夠?qū)⑻掌澆ń鼒?chǎng)成像的空間分辨率提高到優(yōu)于0.02λ量級(jí)，提高近場(chǎng)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(cè)提供技術(shù)支持。

本發(fā)明是將基于電磁勢(shì)阱誘導(dǎo)太赫茲探測(cè)器和線列太赫茲掃描成像技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)不受光學(xué)衍射極限限制的太赫茲近場(chǎng)光學(xué)信號(hào)對(duì)物體成像，發(fā)展出一種可快速實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)成像的亞波長(zhǎng)分辨太赫茲成像裝置，成像分辨率可達(dá)到0.02λ量級(jí)。所述的透射式亞波長(zhǎng)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(wèn)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(cè)提供有效方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種太赫茲亞波長(zhǎng)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(hù)片，線列太赫茲探測(cè)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(guó)VDI公司制造，通過(guò)Agilent E8257D商用微波源提供基頻，經(jīng)過(guò)12、24、36倍倍頻，逐點(diǎn)變化基頻微波頻率，可產(chǎn)生離散變化的太赫茲波，通過(guò)商用微波源內(nèi)部提供的幅度調(diào)制功能，實(shí)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(hào)；出射的太赫茲波通過(guò)拋物面鏡和PE聚焦鏡組會(huì)聚為準(zhǔn)平行光，照射到聚四氟乙烯樣品池上，被測(cè)樣品上表面透射的太赫茲波通過(guò)線列太赫茲探測(cè)器接收；所述線列器件以直接探測(cè)方式工作，可直接獲得透射太赫茲波近場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)分布信息；線列太赫茲探測(cè)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(cè)樣品之間的距離，及線列掃描測(cè)試位移動(dòng)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(cè)器件和三維調(diào)節(jié)架的工作；

所述線列太赫茲探測(cè)器用于接收入射太赫茲波，獲得太赫茲近場(chǎng)信號(hào)，器件電極尺寸不超過(guò)探測(cè)波長(zhǎng)的0.2倍，器件敏感元尺寸不超過(guò)探測(cè)波長(zhǎng)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(duì)探測(cè)信號(hào)的影響；器件天線用于增強(qiáng)敏感元的耦合效率，成像分辨率與敏感元尺寸相當(dāng)，通過(guò)一維掃描和鎖相放大器逐點(diǎn)讀取線列器件各個(gè)敏感元兩端信號(hào)電壓，可快速獲得待測(cè)樣品透射太赫茲波的近場(chǎng)信息。

所述的線列太赫茲探測(cè)器8為碲鋅鎘襯底的64×1元的碲鎘汞探測(cè)器件，包括碲鎘汞敏感元8-1和耦合天線8-2，各探測(cè)單元位于氧化鋁襯底轉(zhuǎn)接電極片9的上方，通過(guò)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(hào)逐個(gè)讀出，鎖相放大器對(duì)太赫茲探測(cè)器在微波源調(diào)制頻率基頻進(jìn)行鎖相放大而提取出太赫茲波近場(chǎng)信號(hào)；

所述的耦合天線8-2為在器件兩側(cè)對(duì)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(cè)器件敏感元8-1；天線總尺寸不超過(guò)工作的波長(zhǎng)的0.2倍，碲鎘汞探測(cè)器件敏感元8-1長(zhǎng)度不超過(guò)探測(cè)波長(zhǎng)的0.02倍；

所述的線列太赫茲探測(cè)器8下表面的PET隔離片12緊貼著被測(cè)樣品層7的上表面，距離樣品層不超過(guò)待測(cè)波長(zhǎng)的0.1倍；被測(cè)樣品上表面透射的太赫茲波通過(guò)線列太赫茲探測(cè)器8接收。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、線列器件成像速度快，成像效率遠(yuǎn)高于掃描探針模式工作的成像裝置。

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

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

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框架圖，

圖2為本發(fā)明線列探測(cè)器件的側(cè)視圖，

圖3為本發(fā)明線列探測(cè)器件的俯視圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的技術(shù)方案。

本發(fā)明提供了一種太赫茲亞波長(zhǎng)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(cè)樣品。(4)線列太赫茲探測(cè)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(shí)施例探測(cè)器件。

實(shí)施例探測(cè)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(guò)12倍頻產(chǎn)生0.15-0.20THz的太赫茲波；經(jīng)過(guò)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(hào)；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(hào)，線列器件為天線耦合電磁誘導(dǎo)勢(shì)阱效應(yīng)的碲鎘汞探測(cè)器，器件為64×1元，其天線為在器件兩側(cè)對(duì)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(cè)器件敏感元8-2；天線總尺寸為120μm，碲鎘汞探測(cè)器件敏感元8-2長(zhǎng)度為12μm；器件表面的PET隔離片12用于保護(hù)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(cè)樣品片7。測(cè)試時(shí)，使用控制電腦1控制三維調(diào)節(jié)架調(diào)節(jié)探測(cè)器件8與待測(cè)樣品片7的相對(duì)位置，使兩者距離不超過(guò)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(gè)讀取器件信號(hào)，控制三維調(diào)節(jié)架使之在紙面方向運(yùn)動(dòng)，得到背景信號(hào)值；裝上樣品片，逐個(gè)讀取器件信號(hào)，控制三維調(diào)節(jié)架使之在紙面方向運(yùn)動(dòng)，測(cè)得器件探測(cè)的近場(chǎng)信號(hào)，獲得樣品表面附近的太赫茲近場(chǎng)圖像。

實(shí)施例探測(cè)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(guò)12倍頻產(chǎn)生0.30-0.35THz的太赫茲波；經(jīng)過(guò)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(hào)；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(hào)，線列器件為天線耦合電磁誘導(dǎo)勢(shì)阱效應(yīng)的碲鎘汞探測(cè)器，器件為64×1元，其天線為在器件兩側(cè)對(duì)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(cè)器件敏感元8-2；天線總尺寸為120μm，碲鎘汞探測(cè)器件敏感元8-2長(zhǎng)度為12μm；器件表面的PET隔離片12用于保護(hù)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(cè)樣品片7。測(cè)試時(shí)，使用控制電腦1控制三維調(diào)節(jié)架調(diào)節(jié)探測(cè)器件8與待測(cè)樣品片7的相對(duì)位置，使兩者距離不超過(guò)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(gè)讀取器件信號(hào)，控制三維調(diào)節(jié)架使之在紙面方向運(yùn)動(dòng)，得到背景信號(hào)值；裝上樣品片，逐個(gè)讀取器件信號(hào)，控制三維調(diào)節(jié)架使之在紙面方向運(yùn)動(dòng)，測(cè)得器件探測(cè)的近場(chǎng)信號(hào)，獲得樣品表面附近的太赫茲近場(chǎng)圖像。

實(shí)施例探測(cè)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(guò)12倍頻產(chǎn)生0.15-0.20THz的太赫茲波；經(jīng)過(guò)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(hào)；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(hào)，線列器件為天線耦合電磁誘導(dǎo)勢(shì)阱效應(yīng)的碲鎘汞探測(cè)器，器件為64×1元，其天線為在器件兩側(cè)對(duì)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(cè)器件敏感元8-2；天線總尺寸為120μm，碲鎘汞探測(cè)器件敏感元8-2長(zhǎng)度為12μm；器件表面的PET隔離片12用于保護(hù)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(cè)樣品片7。測(cè)試時(shí)，使用控制電腦1控制三維調(diào)節(jié)架調(diào)節(jié)探測(cè)器件8與待測(cè)樣品片7的相對(duì)位置，使兩者距離不超過(guò)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(gè)讀取器件信號(hào)，控制三維調(diào)節(jié)架使之在紙面方向運(yùn)動(dòng)，得到背景信號(hào)值；裝上樣品片，逐個(gè)讀取器件信號(hào)，控制三維調(diào)節(jié)架使之在紙面方向運(yùn)動(dòng)，測(cè)得器件探測(cè)的近場(chǎng)信號(hào)，獲得樣品表面附近的太赫茲近場(chǎng)圖像。

顯然所描述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。所描述的實(shí)施例僅用于圖示說(shuō)明，而不是對(duì)本發(fā)明范圍的限制?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。