CN113267465A - 一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法 - Google Patents

一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113267465A
CN113267465A CN202110521855.9A CN202110521855A CN113267465A CN 113267465 A CN113267465 A CN 113267465A CN 202110521855 A CN202110521855 A CN 202110521855A CN 113267465 A CN113267465 A CN 113267465A
Authority
CN
China
Prior art keywords
terahertz
movable
detection
laser
light guide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110521855.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113267465B (zh
Inventor
马勇
刘艺
何金橙
刘斌政
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University of Post and Telecommunications
Original Assignee
Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University of Post and Telecommunications filed Critical Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority to CN202110521855.9A priority Critical patent/CN113267465B/zh
Publication of CN113267465A publication Critical patent/CN113267465A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113267465B publication Critical patent/CN113267465B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
    • G01N21/3586Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation by Terahertz time domain spectroscopy [THz-TDS]
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/2823Imaging spectrometer
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/42Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N2021/0106General arrangement of respective parts
    • G01N2021/0112Apparatus in one mechanical, optical or electronic block

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法,飞秒激光发射端产生的脉冲激光分成泵浦激光和探测激光,泵浦激光经过延迟后聚焦照射在太赫兹发射端产生太赫兹波,探测激光分成远场成像探测激光和近场成像探测激光经,远场成像探测激光聚焦照射在可移动第二光导探测端,近场成像探测激光聚焦照射在可移动第一光导探测端;太赫兹波经准直聚焦后穿过样品照射在可移动第一光导探测端上;照射在可移动第一光导探测端上的太赫兹波可以通过切换通道准直聚焦后照射在可移动第二光导探测端上,本发明基于现有的太赫兹成像系统的改进,解决了太赫兹成像系统单模式成像、对样品信息探测得不全面和成像分辨率低的问题。

Description

一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法
技术领域
本发明涉及成像技术领域,具体涉及一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法。
背景技术
由于太赫兹波位置的特殊性,使其具备很多特性:安全性、指纹谱性、相干性、瞬态性。太赫兹波和其他波段的电磁辐射一样可用来对物体成像,太赫兹成像已应用于生物医学、材料科学、质量检测、安全检查、无损检测等众多领域具有非常重要的应用前景。
在样品表面通常会存在辐射场和非辐射场;辐射场有能流传播,但不携带样品的细节信息;非辐射场携带样品的细节信息,但无能流传播且离开样品表面之后呈指数型衰减。太赫兹远场成像探测到的是样品表面的辐射场信息,太赫兹近场成像探测到的是非辐射场信息。
现有的太赫兹成像系统大多是单模式成像,只能针对单独的远场成像或近场成像,不能既探测样品表面的辐射场又探测非辐射场,对样品信息探测得不全面;太赫兹近场成像分辨率高,但近场成像的成像速度较慢,考虑到成像时间,近场成像适应小面积范围成像;太赫兹远场成像分辨率稍低,但相比近场成像,相同时间内远场成像范围更大;分别进行远场成像或近场成像时,需要改变样本的位置,会造成远场成像和近场成像之间的样本相对位置差异。
发明内容
本发明提供一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法,基于现有的太赫兹成像系统,对其进行结构上的改进,解决现有的太赫兹成像系统单模式成像、对样品信息探测得不全面和成像分辨率低的问题。
本发明通过下述技术方案实现:
本发明提供一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统,包括:飞秒激光发射端、太赫兹发射端、可移动第一光导探测端和可移动第二光导探测端;
飞秒激光发射端产生的脉冲激光分成同步的两束:一束作为泵浦激光经过延迟后聚焦照射在太赫兹发射端产生太赫兹波,另一束作为探测激光;探测激光分成同步的两束:一束作为远场成像探测激光聚焦照射在可移动第二光导探测端上,另一束作为近场成像探测激光聚焦照射在可移动第一光导探测端上;
太赫兹发射端产生太赫兹波经准直聚焦后穿过样品,然后照射在可移动第一光导探测端上;可移动第一光导探测端和可移动第二光导探测端之间设置太赫兹波的切换通道,当可移动第一光导探测端移位,照射在可移动第一光导探测端上的太赫兹波经过切换通道的准直聚焦后照射在可移动第二光导探测端上。
本方案工作原理:现有的太赫兹成像系统大多是单模式成像,只能针对单独的远场成像或近场成像,不能既探测样品表面的辐射场又探测非辐射场,而本方案基于太赫兹时域光谱技术,通过让太赫兹近场成像和远场成像共用一条泵浦光路,再将探测光路分为两条,一条用于近场成像探测,另一条用于远场成像探测,从而实现兼具太赫兹近场成像、远场成像的太赫兹成像系统,解决现有的太赫兹成像系统单模式成像、样品信息探测得不全面的问题;且该系统在近场成像与远场成像方面都具有较好的分辨率。
近场成像模式为:泵浦激光经过延迟后聚焦照射在太赫兹发射端产生太赫兹波,太赫兹发射端产生太赫兹波经准直聚焦后穿过样品照射在可移动第一光导探测端上;探测激光分成的近场成像探测激光聚焦照射在可移动第一光导探测端上;完成近场模式成像。
远场成像模式为:移开可移动第一光导探测端,照射在可移动第一光导探测端上的太赫兹波经过切换通道的准直聚焦后照射在可移动第二光导探测端上,探测激光分成的远场成像探测激光聚焦照射在可移动第二光导探测端上,完成远场模式成像。
进一步优化方案为,还包括金属孔径贴片,所述金属孔径贴片的孔径为500μm,太赫兹发射端产生太赫兹波经准直聚焦后通过金属孔径贴片的孔径后到达样品。
进一步优化方案为,还包括第一离轴抛物面镜和第二离轴抛物面镜;太赫兹发射端产生太赫兹波经过第一离轴抛物面镜准直,再经过第二离轴抛物面镜聚焦后到达金属孔径贴片。
进一步优化方案为,还包括电控延迟线、所述电控延迟线由电控位移电机和第一延迟反射镜和第二延迟反射镜组成,用于调节泵浦激光的光程差。
系统的电控延迟线添加在太赫兹发射端,通过改变探测光脉冲和太赫兹脉冲之间的时间差,可移动第二光导探测端扫描出随时间变化的皮秒太赫兹场,实现太赫兹相干探测。
进一步优化方案为,还包括:电控三维位移平台、电流放大器、锁相放大器、偏置电压和PC端;
可移动第一光导探测端、样品和可移动第二光导探测端分别安装在一个电控三维位移平台上;
可移动第一光导探测端连接电流放大器后再与锁相放大器连接,锁相放大器连接至PC端;
太赫兹发射端连接偏置电压后再连接至PC端。
进一步优化方案为,所述可移动第一光导探测端为光导微探针,所述可移动第二光导探测端为太赫兹探测光电导天线。
进一步优化方案为,还包括:第一分束镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第一透镜;
飞秒激光发射端产生的脉冲激光经过第一分束镜分成夹角为90°的泵浦激光和探测激光;
泵浦激光经第一反射镜反射90°至第一延迟反射镜,经第一延迟反射镜反射90°至第二延迟反射镜,经第二延迟反射镜反射90°至第二反射镜,经第二反射镜反射90°至第三反射镜,经第三反射镜反射90°至第一透镜,经第一透镜聚焦照射在太赫兹发射端。
进一步优化方案为,还包括:第二分束镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第二透镜和第三透镜;
探测激光经过第二分束镜分成夹角为90°的远场成像探测激光和近场成像探测激光。
近场成像探测激光经第四反射镜反射至第三透镜,经第三透镜聚焦照射在可移动第一光导探测端上;
远场成像探测激光经第五反射镜反射90°至第六反射镜,经第六反射镜反射90°至第二透镜,经第二透镜聚焦照射在可移动第二光导探测端上。
进一步优化方案为,所述切换通道包括:第三离轴抛物面镜和第四离轴抛物面镜,当可移动第一光导探测端移位,照射在可移动第一光导探测端上的太赫兹波经过第三离轴抛物面镜准直,再经过第四离轴抛物面镜聚焦后照射在可移动第二光导探测端上;安装在第二离轴抛物面镜与第三离轴抛物面镜的之间的焦点处。
作为近场成像时太赫兹波透过样品聚焦到第一光导探测端(光导微探针针尖)上,作为远场成像时太赫兹波再透过样品经第一抛物面镜准直、第二离轴抛物面镜)聚焦后,进入第二光导探测端(太赫兹探测光导天线)。系统中太赫兹近/远场成像共用一条泵浦光路,由第二分束镜将探测光路分为两条,一条用于近场成像探测使用第一光导探测端(光导微探针针尖)作为探测器,另一条用于远场成像探测使用第二光导探测端(太赫兹探测光导天线)。
远场成像部分:探测激光经反射镜反射、透镜聚焦照射在第二光导探测端上,用于产生自由载流子,进而在太赫兹电场的作用下产生光电流,该光电流输入到锁相放大器,锁相放大器结合输出的参考信号,随延时线变化得到完整的太赫兹脉冲波形。
近场成像部分:探测激光经反射镜反射、透镜聚焦到第一光导探测端,用于产生自由载流子,进而在太赫兹电场的作用下产生光电流,经电流放大器再输入到锁相放大器,锁相放大器结合输出的参考信号,随延时线变化得到完整的太赫兹脉冲波形。
成像模式切换:通过PC端软件控制承载第一光导探测端的电控三维位移平台、第二光导探测端的电控三维位移平台的移动,实现系统太赫兹近场成像与太赫兹远场成像两种模式之间的切换。
在进行模式切换之前,需记录好校准系统光路时第一光导探测端与第二光导探测端的三维位置信息;当系统用于太赫兹近场成像时,控制电控三维位移平台移开第二光导探测端,使用第一光导探测端作为系统探测器,第二光导探测端位置处于校准光路时所标定位置。当系统用于远场成像时,控制电控三维位移平台移开第一光导探测端,将第二光导探测端移回校准光路时所标定位置,使用探测光导天线作为系统探测器。
测量方法:将样品安装在电控三维位移平台支撑件上,由电控三维位移台控制样品紧靠金属孔径,样品与金属孔径贴片间保持近距离,基于本发明的太赫兹远场成像系统,采用逐点扫描的方式对样品进行二维扫描成像。
基于上述时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统,本方案提供一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像方法,包括步骤:
S1、将脉冲激光分成同步的两束:一束作为泵浦激光用于产生太赫兹波,另一束作为探测激光;
S2、将探测激光分成同步的两束:一束作为远场成像探测激光产生远场自由载流子,另一束作为近场成像探测激光产生近场自由载流子;
S3、太赫兹波经准直聚焦后穿过样品后与远场自由载流子或近场自由载流子结合产生光电流;
S4、基于光电流调整泵浦激光的光程差,得到完整的太赫兹脉冲波形;
S5、根据完整的太赫兹脉冲波形获取成像结果。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
1、本发明一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法,通过让太赫兹近场成像和远场成像共用一条泵浦光路,再将探测光路分为两条,一条用于近场成像探测,另一条用于远场成像探测,从而实现兼具太赫兹近场、远场成像的太赫兹成像系统。
2、本发明一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法,可以调节发射端和探测端的光程差,通过改变探测光脉冲和太赫兹脉冲之间的时间差,实现太赫兹相干探测;
3、本发明一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法,系统中太赫兹近场成像和远场成像共用一条泵浦光路,近场成像与太赫兹远场成像两种模式之间的切换方便,成像精度高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统结构示意图;
图2为远场成像模式下未加金属孔径贴片与添加金属孔径贴片进行太赫兹成像对比图。
附图标记及对应的零部件名称:
1-飞秒激光发射端,2-太赫兹发射端,3-可移动第一光导探测端,4-可移动第二光导探测端,5-样品,6-切换通道,7-电控延迟线,71-第一延迟反射镜,72-第二延迟反射镜,8-电源,9-第一离轴抛物面镜,10-第二离轴抛物面镜,11-金属孔径贴片,12-电流放大器,13-锁相放大器,14-偏置电压,15-PC端,16-第一分束镜,17-第一反射镜,18-第二反射镜,19-第三反射镜,20-第一透镜,21-第二分束镜,22-第四反射镜,23-第五反射镜,24-第六反射镜,25-第二透镜,26-第三透镜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
在以下描述中,为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而,对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中,为了避免混淆本发明,未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中,对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着:结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此,在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外,可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外,本领域普通技术人员应当理解,在此提供的示图都是为了说明的目的,并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图1所示,本实施例提供一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统,包括:飞秒激光发射端1、太赫兹发射端2、可移动第一光导探测端3和可移动第二光导探测端4;
飞秒激光发射端1产生的脉冲激光分成同步的两束:一束作为泵浦激光经过延迟后聚焦照射在太赫兹发射端2产生太赫兹波,另一束作为探测激光;探测激光分成同步的两束:一束作为远场成像探测激光聚焦照射在可移动第二光导探测端4上,另一束作为近场成像探测激光聚焦照射在可移动第一光导探测端3上;
太赫兹发射端2产生太赫兹波经准直聚焦后穿过样品5,然后照射在可移动第一光导探测端3上;可移动第一光导探测端3和可移动第二光导探测端4之间设置太赫兹波的切换通道6,当可移动第一光导探测端3移位,照射在可移动第一光导探测端3上的太赫兹波经过切换通道6的准直聚焦后照射在可移动第二光导探测端4上。
实施例2
本实施例与上一实施例的区别在于:还包括金属孔径贴片11,所述金属孔径贴片11的孔径为500μm,太赫兹发射端2产生太赫兹波经准直聚焦后通过金属孔径贴片7的孔径后到达样品5。
如图2所示,使用本发明提供的系统不仅能够实现太赫兹近场/远场成像,且通过在样品前添加金属孔径的方式有效的提高了系统分辨能力。
使用2019版一百元人民币作为样品,当系统为太赫兹远场成像模式下,使用未加金属孔径贴片的系统与添加金属孔径贴片的系统进行太赫兹成像对比,图2(a)为未加金属孔径贴片的系统对一百元人民币光变镂空开窗安全线区域的太赫兹成像,图2(b)为使用本发明系统(添加金属孔径贴片)对一百元人民币光变镂空开窗安全线区域的太赫兹成像。与图2(a)相比图2(b)所示的人民币安全线的太赫兹成像分辨率更高,并且可以识别出该金属带上的“¥100”文本。对比结果显示,通过在第二离轴抛物面镜10和第三离轴抛物面镜61之间的焦点处添加金属孔径贴片的方式可以有效提升太赫兹远场成像系统的分辨率。
实施例3
本实施例与上一实施例的区别在于:还包括第一离轴抛物面镜9和第二离轴抛物面镜10;太赫兹发射端2产生太赫兹波经过第一离轴抛物面镜9准直,再经过第二离轴抛物面镜10聚焦后到达金属孔径贴片11。
还包括电控延迟线7、所述电控延迟线7由电控位移电机和第一延迟反射镜71和第二延迟反射镜72组成,用于调节泵浦激光的光程差。
实施例4
本实施例与上一实施例的区别在于:还包括:电控三维位移平台、电流放大器12、锁相放大器13、偏置电压14和PC端15;
可移动第一光导探测端3、样品5和可移动第二光导探测端4分别安装在一个电控三维位移平台上;
可移动第一光导探测端3连接电流放大器12后再与锁相放大器13连接,锁相放大器13连接至PC端15;
太赫兹发射端2连接偏置电压14后再连接至PC端15。
所述可移动第一光导探测端3为光导微探针,所述可移动第二光导探测端4为太赫兹探测光电导天线,电源8为可移动第二光导探测端4供电。
实施例5
本实施例与上一实施例的区别在于:还包括:第一分束镜16、第一反射镜17、第二反射镜18、第三反射镜19和第一透镜20;
飞秒激光发射端1产生的脉冲激光经过第一分束镜16分成夹角为90°的泵浦激光和探测激光;
泵浦激光经第一反射镜17反射90°至第一延迟反射镜71,经第一延迟反射镜71反射90°至第二延迟反射镜72,经第二延迟反射镜72反射90°至第二反射镜18,经第二反射镜18反射90°至第三反射镜19,经第三反射镜19反射90°至第一透镜20,经第一透镜20聚焦照射在太赫兹发射端2。
实施例6
本实施例与上一实施例的区别在于:还包括:第二分束镜21、第四反射镜22、第五反射镜23、第六反射镜24、第二透镜25和第三透镜26;
探测激光经过第二分束镜21分成夹角为90°的远场成像探测激光和近场成像探测激光。
近场成像探测激光经第四反射镜22反射至第三透镜26,经第三透镜26聚焦照射在可移动第一光导探测端3上;
远场成像探测激光经第五反射镜23反射90°至第六反射镜24,经第六反射镜24反射90°至第二透镜25,经第二透镜25聚焦照射在可移动第二光导探测端4上。
实施例7
本实施例与上一实施例的区别在于:所述切换通道6包括:第三离轴抛物面镜61和第四离轴抛物面镜62,当可移动第一光导探测端3移位,照射在可移动第一光导探测端3上的太赫兹波经过第三离轴抛物面镜61准直,再经过第四离轴抛物面镜62聚焦后照射在可移动第二光导探测端4上。
实施例8
本实施例提供一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像方法,包括步骤:
S1、将脉冲激光分成同步的两束:一束作为泵浦激光用于产生太赫兹波,另一束作为探测激光;
S2、将探测激光分成同步的两束:一束作为远场成像探测激光产生远场自由载流子,另一束作为近场成像探测激光产生近场自由载流子;
S3、太赫兹波经准直聚焦后穿过样品后与远场自由载流子或近场自由载流子结合产生光电流;
S4、基于光电流调整泵浦激光的光程差,得到完整的太赫兹脉冲波形;
S5、根据完整的太赫兹脉冲波形获取成像结果。
以上所述的具体实施方式,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方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,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)

1.一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统,其特征在于,包括:飞秒激光发射端(1)、太赫兹发射端(2)、可移动第一光导探测端(3)和可移动第二光导探测端(4);
飞秒激光发射端(1)产生的脉冲激光分成同步的两束:一束作为泵浦激光经过延迟后聚焦照射在太赫兹发射端(2)产生太赫兹波,另一束作为探测激光;探测激光分成同步的两束:一束作为远场成像探测激光聚焦照射在可移动第二光导探测端(4)上,另一束作为近场成像探测激光聚焦照射在可移动第一光导探测端(3)上;
太赫兹发射端(2)产生太赫兹波经准直聚焦后穿过样品(5),然后照射在可移动第一光导探测端(3)上;可移动第一光导探测端(3)和可移动第二光导探测端(4)之间设置太赫兹波的切换通道(6),当可移动第一光导探测端(3)移位,照射在可移动第一光导探测端(3)上的太赫兹波经过切换通道(6)的准直聚焦后照射在可移动第二光导探测端(4)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统,其特征在于,还包括金属孔径贴片(11),所述金属孔径贴片(11)的孔径为500μm,太赫兹发射端(2)产生太赫兹波经准直聚焦后通过金属孔径贴片(7)的孔径后到达样品(5)。
3.根据权利要求2所述的一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统,其特征在于,还包括第一离轴抛物面镜(9)和第二离轴抛物面镜(10);太赫兹发射端(2)产生太赫兹波经过第一离轴抛物面镜(9)准直,再经过第二离轴抛物面镜(10)聚焦后到达金属孔径贴片(11)。
4.根据权利要求1所述的一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统,其特征在于,还包括电控延迟线(7)、所述电控延迟线(7)由电控位移电机和第一延迟反射镜(71)和第二延迟反射镜(72)组成,用于调节泵浦激光的光程差。
5.根据权利要求4所述的一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统,其特征在于,还包括:电控三维位移平台、电流放大器(12)、锁相放大器(13)、偏置电压(14)和PC端(15);
可移动第一光导探测端(3)、样品(8)和可移动第二光导探测端(4)分别安装在一个电控三维位移平台上;
可移动第一光导探测端(3)连接电流放大器(12)后再与锁相放大器(13)连接,锁相放大器(13)连接至PC端(15);
太赫兹发射端(2)连接偏置电压(14)后再连接至PC端(15)。
6.根据权利要求4所述的一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统,其特征在于,所述可移动第一光导探测端(3)为光导微探针,所述可移动第二光导探测端(4)为太赫兹探测光电导天线。
7.根据权利要求4所述的一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统,其特征在于,还包括:第一分束镜(16)、第一反射镜(17)、第二反射镜(18)、第三反射镜(19)和第一透镜(20);
飞秒激光发射端(1)产生的脉冲激光经过第一分束镜(16)分成夹角为90°的泵浦激光和探测激光;
泵浦激光经第一反射镜(17)反射90°至第一延迟反射镜(71),经第一延迟反射镜(71)反射90°至第二延迟反射镜(72),经第二延迟反射镜(72)反射90°至第二反射镜(18),经第二反射镜(18)反射90°至第三反射镜(19),经第三反射镜(19)反射90°至第一透镜(20),经第一透镜(20)聚焦照射在太赫兹发射端(2)。
8.根据权利要求4所述的一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统,其特征在于,还包括:第二分束镜(21)、第四反射镜(22)、第五反射镜(23)、第六反射镜(24)、第二透镜(25)和第三透镜(26);
探测激光经过第二分束镜(21)分成夹角为90°的远场成像探测激光和近场成像探测激光。
近场成像探测激光经第四反射镜(22)反射至第三透镜(26),经第三透镜(26)聚焦照射在可移动第一光导探测端(3)上;
远场成像探测激光经第五反射镜(23)反射90°至第六反射镜(24),经第六反射镜(24)反射90°至第二透镜(25),经第二透镜(25)聚焦照射在可移动第二光导探测端(4)上。
9.根据权利要求1所述的一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统,其特征在于,所述切换通道(6)包括:第三离轴抛物面镜(61)和第四离轴抛物面镜(62),当可移动第一光导探测端(3)移位,照射在可移动第一光导探测端(3)上的太赫兹波经过第三离轴抛物面镜(61)准直,再经过第四离轴抛物面镜(62)聚焦后照射在可移动第二光导探测端(4)上。
10.一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像方法,应用于权利要求1-9任意所述的一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统,其特征在于,包括步骤:
S1、将脉冲激光分成同步的两束:一束作为泵浦激光用于产生太赫兹波,另一束作为探测激光;
S2、将探测激光分成同步的两束:一束作为远场成像探测激光产生远场自由载流子,另一束作为近场成像探测激光产生近场自由载流子;
S3、太赫兹波经准直聚焦后穿过样品后与远场自由载流子或近场自由载流子结合产生光电流;
S4、基于光电流调整泵浦激光的光程差,得到完整的太赫兹脉冲波形;
S5、根据完整的太赫兹脉冲波形获取成像结果。
CN202110521855.9A 2021-05-13 2021-05-13 一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法 Active CN113267465B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110521855.9A CN113267465B (zh) 2021-05-13 2021-05-13 一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110521855.9A CN113267465B (zh) 2021-05-13 2021-05-13 一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113267465A true CN113267465A (zh) 2021-08-17
CN113267465B CN113267465B (zh) 2023-04-18

Family

ID=77230579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110521855.9A Active CN113267465B (zh) 2021-05-13 2021-05-13 一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113267465B (zh)

Citations (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0300573D0 (en) * 2003-01-10 2003-02-12 Teraview Ltd Imaging techniques and associated apparatus
JP2005214758A (ja) * 2004-01-29 2005-08-11 Nippon Steel Corp 表面検査装置
JP2006052948A (ja) * 2004-08-09 2006-02-23 Okayama Univ 分光計測方法及び分光計測装置
US20080023633A1 (en) * 2006-07-14 2008-01-31 William Marsh Rice University Method and system for transmitting terahertz pulses
US20090230333A1 (en) * 2008-03-14 2009-09-17 Eleftheriades George V Metallic Screens for Sub-Wavelength Focusing of Electromagnetic Waves
CN101614523A (zh) * 2009-08-10 2009-12-30 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种检测掠射筒状离轴非球面镜的多光束长轨干涉仪
CN201662531U (zh) * 2010-01-14 2010-12-01 首都师范大学 小型太赫兹时域光谱仪
US20110235046A1 (en) * 2010-03-24 2011-09-29 Fujitsu Limited Imaging apparatus
US20110267583A1 (en) * 2009-01-06 2011-11-03 Kabushiki Kaisha Topcon Optical image measuring device and control method thereof
JP2012058073A (ja) * 2010-09-09 2012-03-22 Fujitsu Ltd テラヘルツ波測定装置およびテラヘルツ波測定方法
CN102564596A (zh) * 2011-12-27 2012-07-11 上海巨哥电子科技有限公司 一种基于光读出红外探测的红外成像设备及其方法
CN103091255A (zh) * 2013-01-15 2013-05-08 首都师范大学 太赫兹时空分辨成像系统、成像方法及其应用
CN103398777A (zh) * 2013-07-16 2013-11-20 首都师范大学 利用光控动态光学元件调制太赫兹波的方法
CN104048814A (zh) * 2014-06-25 2014-09-17 首都师范大学 太赫兹波导测试系统
CN104062567A (zh) * 2014-06-30 2014-09-24 上海理工大学 紫外成像装置
CN104458646A (zh) * 2014-12-26 2015-03-25 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种高速多幅太赫兹时域光谱成像仪
US20150369729A1 (en) * 2014-02-03 2015-12-24 HÜBNER GmbH & Co. KG Method of spectrometry and spectrometer
CN105699317A (zh) * 2016-01-21 2016-06-22 电子科技大学 固定角度入射同时测透射和反射的太赫兹时域光谱仪
CN205786306U (zh) * 2016-05-24 2016-12-07 深圳市太赫兹系统设备有限公司 太赫兹近场探测器及其光电导天线
CN106441576A (zh) * 2016-09-19 2017-02-22 上海理工大学 一种利用空间啁啾太赫兹脉冲进行实时成像的装置
CN106442394A (zh) * 2016-09-28 2017-02-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种太赫兹近场成像系统及方法
US20170212059A1 (en) * 2015-09-16 2017-07-27 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for imaging of near-field objects with microwave or terahertz radiation
WO2017201888A1 (zh) * 2016-05-24 2017-11-30 深圳市太赫兹系统设备有限公司 太赫兹近场探测器、光电导天线及其制作方法
US20170370833A1 (en) * 2015-01-16 2017-12-28 The Research Foundation For The State University Of New York Apparatus and method for analyzing a sample
CN108844913A (zh) * 2018-04-26 2018-11-20 中国工程物理研究院计量测试中心 一种太赫兹时域光谱系统及操作方法
JP2018205156A (ja) * 2017-06-06 2018-12-27 日本電信電話株式会社 誘電分光装置
US20190004171A1 (en) * 2015-12-28 2019-01-03 Shenzhen Institute Of Terahertz Technology And Innovation Millimeter wave holographic three-dimensional imaging detection system and method
CN109374571A (zh) * 2018-12-07 2019-02-22 中国科学技术大学 一种光探测集成系统
US20190064210A1 (en) * 2017-08-23 2019-02-28 Hamamatsu Photonics K.K. Tunnel current control apparatus and tunnel current control method
CN110311290A (zh) * 2019-07-17 2019-10-08 重庆邮电大学 一种基于光敏硅的太赫兹多频线性频率转换器
CN110687070A (zh) * 2019-10-17 2020-01-14 赫智科技(苏州)有限公司 一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法
CN111044481A (zh) * 2018-10-12 2020-04-21 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 近场显微系统及其搭建方法

Patent Citations (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0300573D0 (en) * 2003-01-10 2003-02-12 Teraview Ltd Imaging techniques and associated apparatus
JP2005214758A (ja) * 2004-01-29 2005-08-11 Nippon Steel Corp 表面検査装置
JP2006052948A (ja) * 2004-08-09 2006-02-23 Okayama Univ 分光計測方法及び分光計測装置
US20080023633A1 (en) * 2006-07-14 2008-01-31 William Marsh Rice University Method and system for transmitting terahertz pulses
US20090230333A1 (en) * 2008-03-14 2009-09-17 Eleftheriades George V Metallic Screens for Sub-Wavelength Focusing of Electromagnetic Waves
US20110267583A1 (en) * 2009-01-06 2011-11-03 Kabushiki Kaisha Topcon Optical image measuring device and control method thereof
CN101614523A (zh) * 2009-08-10 2009-12-30 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种检测掠射筒状离轴非球面镜的多光束长轨干涉仪
CN201662531U (zh) * 2010-01-14 2010-12-01 首都师范大学 小型太赫兹时域光谱仪
US20110235046A1 (en) * 2010-03-24 2011-09-29 Fujitsu Limited Imaging apparatus
JP2012058073A (ja) * 2010-09-09 2012-03-22 Fujitsu Ltd テラヘルツ波測定装置およびテラヘルツ波測定方法
CN102564596A (zh) * 2011-12-27 2012-07-11 上海巨哥电子科技有限公司 一种基于光读出红外探测的红外成像设备及其方法
CN103091255A (zh) * 2013-01-15 2013-05-08 首都师范大学 太赫兹时空分辨成像系统、成像方法及其应用
CN103398777A (zh) * 2013-07-16 2013-11-20 首都师范大学 利用光控动态光学元件调制太赫兹波的方法
US20150369729A1 (en) * 2014-02-03 2015-12-24 HÜBNER GmbH & Co. KG Method of spectrometry and spectrometer
CN104048814A (zh) * 2014-06-25 2014-09-17 首都师范大学 太赫兹波导测试系统
CN104062567A (zh) * 2014-06-30 2014-09-24 上海理工大学 紫外成像装置
CN104458646A (zh) * 2014-12-26 2015-03-25 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种高速多幅太赫兹时域光谱成像仪
US20170370833A1 (en) * 2015-01-16 2017-12-28 The Research Foundation For The State University Of New York Apparatus and method for analyzing a sample
US20170212059A1 (en) * 2015-09-16 2017-07-27 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for imaging of near-field objects with microwave or terahertz radiation
US20190004171A1 (en) * 2015-12-28 2019-01-03 Shenzhen Institute Of Terahertz Technology And Innovation Millimeter wave holographic three-dimensional imaging detection system and method
CN105699317A (zh) * 2016-01-21 2016-06-22 电子科技大学 固定角度入射同时测透射和反射的太赫兹时域光谱仪
CN205786306U (zh) * 2016-05-24 2016-12-07 深圳市太赫兹系统设备有限公司 太赫兹近场探测器及其光电导天线
WO2017201888A1 (zh) * 2016-05-24 2017-11-30 深圳市太赫兹系统设备有限公司 太赫兹近场探测器、光电导天线及其制作方法
CN106441576A (zh) * 2016-09-19 2017-02-22 上海理工大学 一种利用空间啁啾太赫兹脉冲进行实时成像的装置
CN106442394A (zh) * 2016-09-28 2017-02-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种太赫兹近场成像系统及方法
JP2018205156A (ja) * 2017-06-06 2018-12-27 日本電信電話株式会社 誘電分光装置
US20190064210A1 (en) * 2017-08-23 2019-02-28 Hamamatsu Photonics K.K. Tunnel current control apparatus and tunnel current control method
CN108844913A (zh) * 2018-04-26 2018-11-20 中国工程物理研究院计量测试中心 一种太赫兹时域光谱系统及操作方法
CN111044481A (zh) * 2018-10-12 2020-04-21 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 近场显微系统及其搭建方法
CN109374571A (zh) * 2018-12-07 2019-02-22 中国科学技术大学 一种光探测集成系统
CN110311290A (zh) * 2019-07-17 2019-10-08 重庆邮电大学 一种基于光敏硅的太赫兹多频线性频率转换器
CN110687070A (zh) * 2019-10-17 2020-01-14 赫智科技(苏州)有限公司 一种基于光纤的高分辨率的太赫兹信号发射及采集方法

Non-Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUAN YI等: "Terahertz Wavefront Control on Both Sides of the Cascaded Metasurfaces", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *
NURIA LLOMBART 等: "Time-Delay Multiplexing of Two Beams in a Terahertz Imaging Radar" *
NURIA LLOMBART等: "Time-Delay Multiplexing of Two Beams in a Terahertz Imaging Radar", 《IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES》 *
TIE-JUN HUANG等: "Terahertz Super-Resolution Imaging Based on Subwavelength Metallic Grating", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *
WU PAN等: "Design and analysis of a broadband terahertz polarization converter with significant asymmetric transmission enhancement", 《OPTICS COMMUNICATIONS》 *
孙卫东等: "猪肉组织的近场太赫兹成像检测研究", 《红外与毫米波学报》 *
施辰君 等: "太赫兹成像技术在肿瘤检测中的应用" *
许悦红等: "基于光导微探针的近场/远场可扫描太赫兹光谱技术", 《物理学报》 *
谭智勇 等: "基于太赫兹量子级联激光器的实时成像研究进展" *
黎维华等: "移动式量子级联激光器太赫兹全息成像仪光路结构设计", 《强激光与粒子束》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113267465B (zh) 2023-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7898668B2 (en) Terahertz spectrometer
CN106442394B (zh) 一种太赫兹近场成像系统及方法
CN107860742B (zh) 一种反射式太赫兹时域近场扫描显微镜
US10222204B2 (en) High-speed 3D imaging system using continuous-wave THz beam scan
CN104677497B (zh) 一种太赫兹波性能的检测装置和方法
US20130218008A1 (en) Measuring device, measuring method, and tomographic apparatus
JP6605603B2 (ja) 遠赤外分光装置
CN105259132A (zh) 一种太赫兹波透射成像系统
CN106323907A (zh) 一种光纤耦合太赫兹时域光谱测试系统
CN113029969B (zh) 一种各向异性非线性光学特性测量装置及其测量方法
CN110376156A (zh) 异步光学采样和双光梳集成的太赫兹波谱系统
CN113394647B (zh) 一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控系统
CN113267465B (zh) 一种基于时域光谱技术的太赫兹双模式成像系统及方法
CN206945533U (zh) 小型化太赫兹时域光谱仪
CN116908135A (zh) 一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置及检测成像方法
CN107886820B (zh) 一种集成式双光路激光电离效应模拟系统
CN111879756B (zh) 基于环状磁约束技术的击穿光谱检测系统及方法
CN212341016U (zh) 基于环状磁约束技术的击穿光谱检测系统
CN211905065U (zh) 一种双光束非共线泵浦-探测系统
CN107833511B (zh) 一种优化集成式双光路激光电离效应模拟系统
CN110057776B (zh) 一种基于波导结构的集成式太赫兹共焦成像装置及成像方法
JP6720383B2 (ja) 遠赤外分光装置
CN114088811A (zh) 一种激光可变焦异形工件无损检测方法及系统
CN114279999A (zh) 一种去锁相太赫兹时域光谱系统
JP2019135499A (ja) 遠赤外分光装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant