CN103364417B - 太赫兹波探测装置 - Google Patents
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Abstract
一种太赫兹波探测装置，包括：放置待检测样品的样品台，置于第一离轴椭圆面镜和第二离轴椭圆面镜的公共焦点；太赫兹波辐射源，置于所述第一离轴椭圆面镜的另一个焦点上，用于发出太赫兹波；第一离轴椭圆面镜，用于将入射的太赫兹波聚焦到样品台；第二离轴椭圆面镜，所在椭圆的其中一个焦点与第一离轴椭圆面镜所在椭圆的另一个焦点重合，用于将所述聚焦的太赫兹波反射后汇聚到第二离轴椭圆面镜所在椭圆的另一个焦点。上述太赫兹波探测装置，利用从一个椭圆焦点发出的太赫兹波经椭圆面镜发射后汇聚在另一个椭圆焦点的原理，用两个椭圆面镜就完成了两次聚焦，使携带有待检测物品信息的太赫兹波汇聚到探测器上，简化了太赫兹波探测装置的结构。
Description
【技术领域】
本发明涉及太赫兹波技术领域，特别是涉及一种太赫兹波探测装置。
【背景技术】
太赫兹波是指频率在0.1－10THz(波长为0.03-3mm)范围内的电磁波，该波段介于微波和红外光之间，处于电子学和光子学的交叉区域，是人类目前尚未完全开发的电磁波谱“空隙区”。
由于物质在太赫兹波的反射和透射光谱中包含丰富的物理和化学信息，并且太赫兹波辐射源与传统光源相比，具有相干性好、低能性、高传统性等独特、优异的特点，被广泛用于探测领域。太赫兹波聚焦后通过物质的反射或透射在聚焦到探测器上，传统做法是用4个由高阻硅或高密度聚乙烯等太赫兹低吸收材料制成的透镜对太赫兹波进行准直、聚焦、二次准直、二次聚焦或者是用4个离轴抛物面镜对太赫兹波进行准直、聚焦、二次准直、二次聚焦，无论上述哪种方法都存在一定的缺点。透镜方法，高阻硅和高密度聚乙烯虽然对太赫兹波吸收较低，但仍存在相当程度的吸收，并且在时域光谱中引入了透镜材料对光谱的影响；另外，虽然波是先准直再聚焦，透镜仍存在一定的球差，会增加聚焦光斑的尺寸，这是难以消除的。离轴抛物面镜方法，其原理是点源在抛物面焦点处发出的波经抛物面反射为平行波，所以它不存在球差，但是另一方面，离轴抛物面镜尺寸较大，需要多维空间调节，同时使用4个离轴抛物面镜不但将占据很大的空间，也大大增加了调节的难度。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种低吸收、小尺寸的太赫兹波探测装置。
一种太赫兹波探测装置，包括：
第一离轴椭圆面镜，用于将从第一离轴椭圆面镜所在椭圆的其中一个焦点入射的太赫兹波聚焦到第一离轴椭圆面镜所在椭圆的另一个焦点；
第二离轴椭圆面镜，所在椭圆的其中一个焦点与第一离轴椭圆面镜所在椭圆的另一个焦点重合，用于将所述聚焦的太赫兹波反射后汇聚到第二离轴椭圆面镜所在椭圆的另一个焦点；
样品台，置于第一离轴椭圆面镜和第二离轴椭圆面镜所在椭圆的公共焦点上，用于放置待检测样品；
太赫兹波辐射源，置于所述第一离轴椭圆面镜所在椭圆入射太赫兹波的焦点上，用于发出太赫兹波；
探测单元，置于所述第二离轴椭圆面镜所在椭圆的另一个焦点上，根据第二离轴椭圆面镜聚焦的携带有待检测样品信息的太赫兹波得出所需待检测样品信息。
进一步地，所述太赫兹波辐射源包括太赫兹发射器和飞秒激光。
进一步地，所述第二离轴椭圆面镜上的中心在所述第一离轴椭圆面镜上的中心与公共焦点的延长线上。
进一步地，所述第一离轴椭圆面镜上的中心与其两个焦点的连线夹角为90度，所述第二离轴椭圆面镜上的中心与其两个焦点的连线夹角为90度。
进一步地，所述第二离轴椭圆面镜的中心在所述第一离轴椭圆面镜的中心与所述公共焦点的连线在样品台上的反射线上。
进一步地，所述第一离轴椭圆面镜上的中心与其两个焦点的连线夹角小于90度，所述第二离轴椭圆面镜上的中心与其两个焦点的连线夹角小于90度。
进一步地，所述第一离轴椭圆面镜和第二离轴椭圆面镜的对应椭圆的长轴、短轴相等。
进一步地，所述探测单元包括:
对所述待检测样品出射、携带有所述待检测样品信息的太赫兹波进行斩波调制处理的斩波器；
置于所述第二椭圆面镜所在椭圆的所述另一个焦点上，感应经所述斩波器斩波调制处理的太赫兹波的各探测点的能量变化，并根据所述探测点的能量变化产生相应的多个电信号的探测器；
将所述探测器产生的所述各探测点的电信号进行放大处理以及模/数转换处理，得到多个结果值的信号处理单元；
根据所述多个结果值，利用扫描成像软件对所述待检测样品进行成像并显示的显示端。
上述太赫兹波探测装置，利用从一个椭圆焦点发出的太赫兹波经椭圆面镜发射后汇聚在另一个椭圆焦点的原理，用两个椭圆面镜就完成了两次聚焦，使携带有待检测物品信息的太赫兹波汇聚到探测器上，简化了太赫兹波探测装置的结构，即减少了光学器件的使用，从而减少了太赫兹波在传输过程中的吸收和减小了太赫兹波探测装置的尺寸。
【附图说明】
图1为一实施例的太赫兹波探测装置的示意图；
图2为另一实施例的太赫兹波探测装置的示意图；
图3为另一实施例的太赫兹波探测装置的示意图。
【具体实施方式】
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1、图2所示，本实施方式提供的太赫兹波探测装置，包括：样品台100、太赫兹波辐射源200、第一离轴椭圆面镜300、第二离轴椭圆面镜400以及探测单元500。
样品台100用于放置待检测样品，置于第一离轴椭圆面镜300和第二离轴椭圆面镜400所在椭圆的公共焦点上。样品台100与传动结构连接，使样品台100可旋转和移动。
太赫兹波辐射源200置于第一离轴椭圆面镜300所在椭圆除公共焦点外的另一个焦点上，用于发出太赫兹波。本实施例中，太赫兹波辐射源200包括太赫兹发射器201和飞秒激光202，太赫兹发射器201置于第一离轴椭圆面镜300所在椭圆入射太赫兹波的焦点上。飞秒激光被聚焦在太赫兹发射器201上，使太赫兹发射器201激发出太赫兹波。太赫兹波的出射方向可通过调节太赫兹发射器201来调节。
第一离轴椭圆面镜300用于将从第一离轴椭圆面镜所在椭圆的其中一个焦点入射的太赫兹波聚焦到第一离轴椭圆面镜所在椭圆的另一个焦点，用于将入射的太赫兹波聚焦到样品台100。
第二离轴椭圆面镜400所在椭圆的其中一个焦点与第一离轴椭圆面镜300所在椭圆的另一个焦点重合，用于将所述聚焦的太赫兹波反射后汇聚到第二离轴椭圆面镜400所在椭圆的另一个焦点，置于待检测物品出射光路上，用于将待检测物品出射、携带有待检测物品信息的太赫兹波聚焦到探测单元500。实施例中，待检测样品采用透射式太赫兹时领域光谱，即第二离轴椭圆面镜400上的中心在第一离轴椭圆面镜上300的中心与公共焦点的延长线上。在另一实施中，参阅图3，待检测样品采用发射式太赫兹时领域光谱，即第二离轴椭圆面镜400的中心在第一离轴椭圆面镜300的中心与公共焦点的连线在样品台100上的反射线上。对于本发明而言，不管待检测样品采用反射式还是透射式太赫兹时领域光谱，目的是把携带有待检测物品信息的太赫兹波聚焦到探测单元500上。优选的，第一离轴椭圆面镜300和第二离轴椭圆面镜400的对应椭圆的长轴、短轴相等。当第一离轴椭圆面镜300和第二离轴椭圆面镜400的对应椭圆的长轴、短轴相等时，太赫兹波相对样品台100对称或轴对称，有利于光谱测量时的光路调节，提高效率。
探测单元500置于第二离轴椭圆面镜400的另一个焦点上，根据第二离轴椭圆面镜400聚焦的携带有待检测物品信息的太赫兹波得出所需待检测样品信息。待检测样品信息包括丰富的物理和化学信息。
上述太赫兹波探测装置，利用从一个椭圆焦点发出的太赫兹波经椭圆面镜发射后汇聚在另一个椭圆焦点的原理，用两个椭圆面镜就完成了两次聚焦，使携带有待检测物品信息的太赫兹波汇聚到探测器上，简化了太赫兹波探测装置的结构，即减少了光学器件的使用，从而减少了太赫兹波在传输过程中的吸收和减小了太赫兹波探测装置的尺寸。
在优选实施方式中，探测单元500包括：
对待检测样品出射、携带有待检测样品信息的太赫兹波进行斩波调制处理的斩波器；
置于第二椭圆面镜400所在椭圆的另一个焦点上，感应经斩波器斩波调制处理的太赫兹波的各探测点的能量变化，并根据探测点的能量变化产生相应的多个电信号的探测器，探测器常用光电导探测器和光整流探测器；
将探测器产生的各探测点的电信号进行放大处理以及模/数转换处理，得到多个结果值的信号处理单元；
根据多个结果值，利用扫描成像软件对待检测样品进行成像并显示的显示端。
包括斩波器、探测器、信号处理单元以及显示端的探测单元500用于对待检测样品进行逐点扫描成像，一般用于安全检查。当然，探测单元500利用携带有待检测样品信息的太赫兹波分析检测待检测样品的物理或化学信息，不限于逐点扫描成像。
在优选实施方式中，第一离轴椭圆面镜300上的中心与其两个焦点的连线夹角为90度。离轴椭圆面镜是椭圆的一部分，该部分不以椭圆的长轴或短轴为对称轴。离轴椭圆面镜在生产的过程中都会标定它的中心。第一离轴椭圆面镜300上的中心与其两个焦点的连线夹角为90度，可以方便太赫兹光谱测量中的光路调节。
在优选实施例方式中，当待测样品采用透射式太赫兹时域光谱时，第一离轴椭圆面镜300上的中心与其两个焦点的连线夹角为90度，第二离轴椭圆面镜400上的中心与其两个焦点的连线夹角为90度；当待测样品采用透射式太赫兹时域光谱时，第一离轴椭圆面镜300上的中心与其两个焦点的连线夹角小于90度，第二离轴椭圆面镜400上的中心与其两个焦点的连线夹角小于90度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种太赫兹波探测装置，其特征在于，包括：
第一离轴椭圆面镜，用于将从第一离轴椭圆面镜所在椭圆的其中一个焦点入射的太赫兹波聚焦到第一离轴椭圆面镜所在椭圆的另一个焦点；
第二离轴椭圆面镜，所在椭圆的其中一个焦点与第一离轴椭圆面镜所在椭圆的另一个焦点重合，用于将所述聚焦的太赫兹波反射后汇聚到第二离轴椭圆面镜所在椭圆的另一个焦点；
所述第一离轴椭圆面镜和第二离轴椭圆面镜的对应椭圆的长轴、短轴相等；所述第二离轴椭圆面镜上的中心在所述第一离轴椭圆面镜上的中心与公共焦点的延长线上，或所述第二离轴椭圆面镜的中心在所述第一离轴椭圆面镜的中心与所述公共焦点的连线在样品台上的反射线上；
样品台，置于第一离轴椭圆面镜和第二离轴椭圆面镜所在椭圆的公共焦点上，用于放置待检测样品；
太赫兹波辐射源，置于所述第一离轴椭圆面镜所在椭圆入射太赫兹波的焦点上，用于发出太赫兹波；
探测单元，置于所述第二离轴椭圆面镜所在椭圆的另一个焦点上，根据第二离轴椭圆面镜聚焦的携带有待检测样品信息的太赫兹波得出所需待检测样品信息。
2.根据权利要求1所述的太赫兹波探测装置，其特征在于，所述太赫兹波辐射源包括太赫兹发射器和飞秒激光。
3.根据权利要求1所述的太赫兹波探测装置，其特征在于，当所述第二离轴椭圆面镜上的中心在所述第一离轴椭圆面镜上的中心与公共焦点的延长线上时，所述第一离轴椭圆面镜上的中心与其两个焦点的连线夹角为90度，所述第二离轴椭圆面镜上的中心与其两个焦点的连线夹角为90度；当所述第二离轴椭圆面镜的中心在所述第一离轴椭圆面镜的中心与所述公共焦点的连线在样品台上的反射线上时，所述第一离轴椭圆面镜上的中心与其两个焦点的连线夹角小于90度，所述第二离轴椭圆面镜上的中心与其两个焦点的连线夹角小于90度。
4.根据权利要求1所述的太赫兹波探测装置，其特征在于，所述探测单元包括:
对所述待检测样品出射、携带有所述待检测样品信息的太赫兹波进行斩波调制处理的斩波器；
置于所述第二离轴椭圆面镜所在椭圆的所述另一个焦点上，感应经所述斩波器斩波调制处理的太赫兹波的各探测点的能量变化，并根据所述探测点的能量变化产生相应的多个电信号的探测器；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Lu Yuanfu Inventor after: Liu Wenquan Inventor after: Feng Guangzhi Inventor after: Jiao Guohua Inventor after: Lv Jiancheng Inventor after: Jin Lei Inventor before: Feng Guangzhi Inventor before: Jin Lei Inventor before: Lu Yuanfu Inventor before: Liu Wenquan Inventor before: Zhang Yandong Inventor before: Gao Fei Inventor before: Jiang Yongtao Inventor before: Chen Liqun Inventor before: Yang Jun Inventor before: Gong Xiaojing |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170915 Address after: 1068 No. 518055 Guangdong city in Shenzhen Province, Nanshan District City Xili University School Avenue Patentee after: Shenzhen Advanced Technology Research Inst. Address before: 1068 No. 518055 Guangdong city in Shenzhen Province, Nanshan District City Xili University School Avenue Patentee before: Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Science |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180629 Address after: 518000 A-301, office building, Shenzhen Institute of advanced technology, No. 1068, Xue Yuan Avenue, Shenzhen University Town, Shenzhen, Guangdong, Nanshan District, China Patentee after: Shenzhen shen-tech advanced Cci Capital Ltd Address before: 518055 No. 1068, Xue Yuan Avenue, Xili University Town, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong Patentee before: Shenzhen Advanced Technology Research Inst. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180720 Address after: 518000 Shenzhen, Guangdong Nanshan District Shahe street, 8 east of white rock road, happy coast blue Ying International Business Center 4 floor 415 Patentee after: Shenzhen Keruimin Medical Technology Co Ltd Address before: 518000 A-301, office building, Shenzhen Institute of advanced technology, No. 1068, Xue Yuan Avenue, Shenzhen University Town, Shenzhen, Guangdong, Nanshan District, China Patentee before: Shenzhen shen-tech advanced Cci Capital Ltd |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170208 Termination date: 20210401 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |