CN106199751A - 太赫兹电控波束扫描光学链路 - Google Patents

太赫兹电控波束扫描光学链路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种太赫兹电控波束扫描光学链路。该太赫兹电控波束扫描光学链路包括：波束扫描馈源系统、初级反射面和聚焦透镜，其中：波束扫描馈源系统用于发射具有波束扫描特性的锥形扫描的太赫兹波束；初级反射面将锥形扫描的太赫兹波束转化成空间平行分布的太赫兹波束，并将其反射到聚焦透镜；聚焦透镜实现太赫兹波束的扫描与聚焦。本发明通过对成像平面的聚焦扫描可以快速得到成像平面的信息，可以应用到太赫兹成像、区域监视雷达、无损检测、目标快速识别和跟踪等领域。

Description

太赫兹电控波束扫描光学链路
技术领域
本发明涉及安检设备技术领域，尤其涉及一种太赫兹电控波束扫描光学链路。
背景技术
太赫兹波一般是指频率在0.1THz～10THz之间的电磁波，是人们研究和利用较少的频段。由于太赫兹波具有分辨率高、可穿透非极性材料等优点，太赫兹成像系统在安全检测、反恐维稳等多个领域具有重大的应用前景，近十几年来引起了人们的极大关注。
将太赫兹成像系统放到机场安检及重要场所的入口处，可以实现非接触的安全检测，可以透过衣服等遮挡物探测到藏匿在人身上毒品、炸药、枪支、匕首等危险违禁物品。目前，为获取较高的空间分辨率以及对二维面的扫描成像，现有的太赫兹成像系统多采用一个或多个反射面的转动或摆动实现二维波束扫描，这类天线体积大、加工难、成本高。此外，由于运用机械扫描的方式对二维面成像，使得成像时间长达数秒甚至数十秒，因此系统的实际应用价值大打折扣。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种太赫兹电控波束扫描光学链路，以实现波束的快速扫描与聚焦，缩短成像时间。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种太赫兹电控波束扫描光学链路。该太赫兹电控波束扫描光学链路包括：波束扫描馈源系统、初级反射面和聚焦透镜，其中：波束扫描馈源系统用于发射具有波束扫描特性的锥形扫描的太赫兹波束；初级反射面将锥形扫描的太赫兹波束转化成空间平行分布的太赫兹波束，并将其反射到聚焦透镜；聚焦透镜实现太赫兹波束的扫描与聚焦。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明太赫兹电控波束扫描光学链路具有以下有益效果：
(1)通过对成像平面的聚焦扫描可以快速得到成像平面的信息，可以应用到太赫兹成像、区域监视雷达、无损检测、目标快速识别和跟踪等领域；
(2)实现太赫兹波束在成像平面的聚焦，同时焦斑随着电信号的变化而扫描。根据波束扫描馈源系统辐射波束的不同可以实现一维和二维的聚焦扫描，适用于不同的馈源，具有系统简单、成本低、适用性强的优势。
附图说明
图1为根据本发明实施例太赫兹电控波束扫描光学链路的结构示意图。
【主要元件】
1-太赫兹波束扫描天线系统； 2-馈源喇叭； 3-扩束透镜；
4-频率扫描反射面； 5-抛物反射面； 6-聚焦透镜；
7-滑轨； 8-束腰平面。
具体实施方式
本发明提供了一种太赫兹电控波束扫描光学链路，以实现波束的快速扫描与聚焦，缩短成像时间。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种太赫兹电控波束扫描光学链路。本实施例太赫兹电控波束扫描光学链路工作在0.23THz～0.33THz下。请参照图1，该太赫兹电控波束扫描光学链路包括：波束扫描馈源系统、初级反射面和聚焦透镜。
波束扫描馈源系统发射具有波束扫描特性的锥形扫描的太赫兹波束。初级反射面将锥形扫描的太赫兹波束转化成空间平行分布的太赫兹波束，并将其反射到聚焦透镜。由聚焦透镜实现太赫兹波束的扫描与聚焦。
以下分别对本实施例太赫兹电控波束扫描光学链路的各个组成部分进行详细描述。
请参照图1，本实施例中，波束扫描馈源系统为太赫兹波束扫描天线系统1，包括：馈源喇叭2、扩束透镜3和频率扫描反射面4。馈源喇叭2作为波源，产生太赫兹波；扩束透镜3，位于馈源喇叭的光路后端，将太赫兹波的束腰半径增大。频率扫描反射面4位于扩束透镜的光路后端，为二维反射栅结构，其尺寸为50mm*50mm。经由频率扫描反射面4的转动，本实施例中太赫兹波束扫描天线系统1可以提供了25°的扫描角度范围。
图1中，D1为由扩束透镜3出射的太赫兹波的束腰与扩束透镜3的距离。扩束透镜的光轴与频率扫描反射面4所成的角度为35°。
需要说明的是，除了太赫兹波束扫描天线系统，该波束扫描馈源系统1还可以采用太赫兹频率扫描波导缝隙阵列天线，或者太赫兹频率扫描漏波天线，或者太赫兹液晶相控波束扫描天线，或者可机械转动的反射面天线，只要能够发射具有波束扫描特性的太赫兹波束，均可以实现本发明。
请参照图1，本实施例中，初级反射面为抛物反射面5，采用铝合金材料加工而成，抛物面焦距为150mm，抛物面高度H为146mm，宽度W为130mm。
抛物反射面5的焦点位于波束扫描馈源系统的出射波束相位中心上，如图1中O点所示。抛物反射面将扫描角度范围为25°的太赫兹波束反射为平行波束，出射平行波束的束腰位于图1中束腰平面8处。
需要说明的是，除了抛物面之外，初级反射面5还可以为椭圆反射面，或者圆柱反射面等，只要能够将锥形扫描的太赫兹波束转化成空间平行分布的太赫兹波束，并将其反射到聚焦透镜，均能够实现本发明。
请参照图1，本实施例中，聚焦透镜为双曲面透镜6，采用聚乙烯材料注塑成型，双曲面透镜沿与X面垂直的平面设置，其焦点位于图1中O′点，焦距F为400mm，口径D为200mm。该双曲面透镜6通过透镜架支立在滑轨7上，并可沿滑轨7移动。
图1中，抛物反射面5的中心与聚焦透镜的焦点O′位于同一水平面上，其Y轴坐标(即与频率扫描反射面的距离)为D2。
抛物反射面5出射的空间平行分布的太赫兹波束的束腰平面8与双曲面透镜6距离din为430mm，该距离可以通过在滑轨7上移动双曲面透镜6找到。初级反射面5的出射平行波束经聚焦透镜后的出射波束在3m处 的距离面上实现波束聚焦，同时该聚焦波束位置随频率变化，束腰半径15mm～25mm，波束扫描范围600mm。
需要说明的是，初级反射面反射波束的束腰位置与所述聚焦透镜焦点距离为din可以根据需要进行调整，但需满足：
F＜din＜2F
其中，F为聚焦透镜的焦距。
本实施例中，聚焦透镜可在滑轨7上移动，满足上述条件的位置可以通过在所述滑轨上移动聚焦透镜找到。
此外，双曲面透镜还可以由F4B(聚四氟乙烯)、FR4、聚四氟乙烯等高分子材料，或陶瓷、玻璃材料制成，而不应局限于上述采用聚乙烯材料制备的聚焦透镜。
至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明太赫兹电控波束扫描光学链路有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
此外，上述实施例还提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值；并且，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。
综上所述，本发明提供的太赫兹波束扫描准光学链路，实现太赫兹波束在成像平面的聚焦，同时焦斑随着电信号的变化而扫描。通过对成像平面的聚焦扫描可以快速得到成像平面的信息。同时，根据波束扫描馈源系统辐射波束的不同可以实现一维和二维的聚焦扫描，适用于不同的馈源，具有系统简单、成本低、适用性强的优势。本发明可以应用到太赫兹成像、区域监视雷达、无损检测、目标快速识别和跟踪等领域，具有较好的应用前景。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太赫兹电控波束扫描光学链路，其特征在于，包括：波束扫描馈源系统、初级反射面和聚焦透镜，其中：
所述波束扫描馈源系统用于发射具有波束扫描特性的锥形扫描的太赫兹波束；
所述初级反射面将锥形扫描的太赫兹波束转化成空间平行分布的太赫兹波束，并将其反射到聚焦透镜；
所述聚焦透镜实现太赫兹波束的扫描与聚焦。
2.根据权利要求1所述的太赫兹电控波束扫描光学链路，其特征在于，所述波束扫描馈源系统为以下系统中的一种：太赫兹波束扫描天线系统(1)、太赫兹频率扫描波导缝隙阵列天线、太赫兹频率扫描漏波天线、太赫兹液晶相控波束扫描天线和可机械转动的反射面天线。
3.根据权利要求2所述的太赫兹电控波束扫描光学链路，其特征在于，所述波束扫描馈源系统；
所述太赫兹波束扫描天线系统(1)包括：馈源喇叭(2)、扩束透镜(3)和频率扫描反射面(4)，其中，所述馈源喇叭(2)作为波源，产生太赫兹波；所述扩束透镜(3)位于馈源喇叭的光路后端，将太赫兹波的束腰半径增大；所述频率扫描反射面(4)位于扩束透镜的光路后端，为二维反射栅结构。
4.根据权利要求3所述的太赫兹电控波束扫描光学链路，其特征在于，所述为太赫兹波束扫描天线系统(1)提供25°的扫描角度范围。
5.根据权利要求1所述的太赫兹电控波束扫描光学链路，其特征在于，所述初级反射面为抛物反射面(5)、椭圆反射面，或者圆柱反射面。
6.根据权利要求5所述的太赫兹电控波束扫描光学链路，其特征在于，所述初级反射面为抛物反射面(5)，该抛物反射面(5)的焦点位于波束扫描馈源系统的出射波束相位中心上。
7.根据权利要求6所述的太赫兹电控波束扫描光学链路，其特征在于，所述抛物反射面(5)采用铝合金材料加工而成。
8.根据权利要求1所述的太赫兹电控波束扫描光学链路，其特征在于，所述聚焦透镜与所述初级反射面出射的空间平行分布的太赫兹波束的束腰平面(8)的距离din满足：F＜din＜2F，F为聚焦透镜的焦距。
9.根据权利要求8所述的太赫兹电控波束扫描光学链路，其特征在于，所述聚焦透镜为双曲面透镜(6)，其通过透镜架支立在滑轨(7)上，并可沿该滑轨(7)移动。
10.根据权利要求8所述的太赫兹电控波束扫描光学链路，其特征在于，所述双曲面透镜(6)采用以下材料中的一种制备：聚乙烯、F4B、FR4、陶瓷、聚四氟乙烯、玻璃。
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