CN102269832B - 一种太赫兹波正向聚焦反射镜 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学领域，公开了一种太赫兹波正向聚焦反射镜，所述装置整体呈曲面反射镜的反射面为一凹面，且顶端设有一孔，所述反射镜的纵截面曲线方程为：y²＝2Rx+R²，其中，R为所述孔的半径。本发明提供的聚焦反射镜的反射面为一抛物面，通过在满足上述曲线方程的曲面的顶端设置一供太赫兹波射出的孔，又可以使得聚焦后的太赫兹波通过该孔聚焦在太赫兹波传播方向上的某一点。进一步又可将反射面制作为金属面，可以保证损耗控制到很小。

Description

一种太赫兹波正向聚焦反射镜

技术领域

本发明涉及光学领域，更具体地说，是涉及一种太赫兹波正向聚焦反射镜。

背景技术

在THz(terahertz,太赫兹)波应用中，经常需要对THz波进行聚焦。对THz波进行聚焦，主要有两种方法：

一种是利用透镜进行透射聚焦。利用透镜聚焦可以在THz波的传播方向上实现正向聚焦，但由于THz波在介质中的损耗比较大，所以透镜的透射损耗比较大，而又由于目前THz源的输出功率都比较低，所以这种损耗在很多应用中是难以接受的。

另一种是利用离轴抛物面金属反射镜进行反射聚焦。离轴抛物面金属反射镜虽然反射损耗很小，但其聚焦时，反射前和反射后的光线不在同一方向，即不能实现THz波正向聚焦。这使得其应用范围受到很大影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可实现太赫兹波正向聚焦的反射镜。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种太赫兹波正向聚焦反射镜，其反射面为一凹面，且顶端设有一孔，所述反射镜的纵截面曲线方程为：

y²=2Rx+R²

其中，R为所述孔的半径，所述反射镜整体呈抛物面状，所述反射镜的纵截面绕x轴旋转180°可得到反射镜的空间结构，所述x轴垂直于所述孔的截面且穿过所述孔的中心。

进一步地，所述反射面为金属面。

进一步地，所述反射面表层镀有金属层。

进一步地，所述反射镜为一金属制成的反射镜。

本发明提供的聚焦反射镜的反射面为一抛物面，通过在满足上述曲线方程的曲面的顶端设置一供太赫兹波射出的孔，又可以使得聚焦后的太赫兹波通过该孔聚焦在太赫兹波传播方向上的某一点。进一步又可将反射面制作为金属面，可以保证损耗控制到很小。

附图说明

图1是利用本发明提供的太赫兹波正向聚焦反射镜进行THz波正向聚焦的示意图；

图2是图1所示曲面的光路分析示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1，本发明提供的太赫兹波正向聚焦反射镜整体呈抛物面状，内表面镀有金属层，且顶端具有一孔。将上述截面绕垂直于小孔截面的直线旋转180°，就可以得到反射镜的空间结构。

上述太赫兹波正向聚焦反射镜的空间结构需要满足的方程如下。

如图2所示,一束光BH平行入射，经过曲面S的一点H发生反射，反射光为HO。现要求多束平行光入射，最终实现聚焦。假设最终聚焦焦点在O点。

$\tan \mathrm{\β}=\frac{y}{x};$ $\tan \mathrm{\α}=\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}};$

其中α为入射光与入射点切线的夹角，又因为

$\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}=\tan \frac{\mathrm{\β}}{2}=\frac{\sin \mathrm{\β}}{1+\cos \mathrm{\β}}$

令：y=rsinβ，x=rcosβ，其中r为反射光在HO之间光路的距离。

所以 $\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}=\frac{r\cos \mathrm{\βd\β}+\sin \mathrm{\βdr}}{-r\sin \mathrm{\βd\β}+\cos \mathrm{\βdr}}=\frac{\sin \mathrm{\β}}{1+\cos \mathrm{\β}}$

因为 $\frac{r\cos \mathrm{\βd\β}+\sin \mathrm{\βdr}}{-r\sin \mathrm{\βd\β}+\cos \mathrm{\βdr}}=\frac{\sin \mathrm{\β}}{1+\cos \mathrm{\β}}$

所以rdβ(cosβ+cos²β+sin²β)=dr(-sinβ-sinβcosβ+sinβcosβ)

$\frac{\mathrm{dr}}{r}=-\frac{1+\cos \mathrm{\β}}{\sin \mathrm{\β}}\mathrm{d\β}=-\frac{2{\cos }^2\frac{\mathrm{\β}}{2}-1+1}{2\sin \frac{\mathrm{\β}}{2}\cos \frac{\mathrm{\β}}{2}}\mathrm{d\β}=-\frac{\cos \frac{\mathrm{\β}}{2}}{\sin \frac{\mathrm{\β}}{2}}\mathrm{d\β}$

即， $\frac{\mathrm{dr}}{r}=-\frac{\cos \frac{\mathrm{\β}}{2}}{\sin \frac{\mathrm{\β}}{2}}\mathrm{d\β}$

所以，

（其中C₁为与r、与β无关的常数。）

所以，

（其中C₂为与r、与β无关的常数。）

所以， $r\·\frac{1-\cos \mathrm{\β}}{2}=C_2$

所以，r-rcosβ=R

所以， $\sqrt{x^2+y^2}-x=R;$

x²+y²=(x+R)²

所以，y²=2Rx+R²，(R是与β无关的常数)。

所以该金属的曲面的截面曲线为y²=2Rx+R²，R为孔的半径。

将上述曲线S绕x轴旋转360°便可以得到金属曲面的空间结构。

为进一步降低聚焦过程中太赫兹波的损耗，反射面可采用金属面来实现，利用金属对太赫兹波的反射损耗较小的特性，因此可以降低太赫兹波的损耗。具体实现时，可仅在反射面的表层镀一层金属层，其他部分的材料不限，也可通过将反射镜整体制成一个金属的反射镜。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种太赫兹波正向聚焦反射镜，其特征在于，其反射面为一凹面，且顶端设有一孔，所述反射镜的纵截面曲线方程为：

y²=2Rx+R²

其中，R为所述孔的半径，所述反射镜整体呈抛物面状，所述反射镜的纵截面绕x轴旋转180°可得到反射镜的空间结构，所述x轴垂直于所述孔的截面且穿过所述孔的中心。

2.如权利要求1所述的太赫兹波正向聚焦反射镜，其特征在于，所述反射面为金属面。

3.如权利要求2所述的太赫兹波正向聚焦反射镜，其特征在于，所述反射面表层镀有金属层。

4.如权利要求2所述的太赫兹波正向聚焦反射镜，其特征在于，所述反射镜为一金属制成的反射镜。

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