CN114397243A - 一种用于近场测试的太赫兹收发处理方法和探头 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于近场测试的太赫兹收发处理方法和探头，该探头包括：太赫兹产生单元，用于产生太赫兹信号；表面波耦合单元，用于获取来自所述太赫兹产生单元的太赫兹信号，并将所述太赫兹信号耦合至太赫兹传导尖端；所述太赫兹传导尖端，用于将耦合来自所述表面波耦合单元的太赫兹信号辐射至待测样品表面，并接收所述待测样品反射回的太赫兹波。通过本申请解决了太赫兹在近场成像所存在的问题，从而无需再对太赫兹辐射点与太赫兹探测尖端的相对位置进行精密调节，同时大幅缩小了太赫兹近场扫描系统体积，有效拓展了太赫兹成像技术的应用领域。
Description
技术领域
本申请涉及到太赫兹领域，具体而言，涉及一种用于近场测试的太赫兹收发处理方法和探头。
背景技术
太赫兹成像技术凭借太赫兹频段的独特性质，已经在工业检测、医学近场成像、生物组织断层扫描等领域得到了广泛应用。它具有高信噪比、亚毫米分辨、相干探测等优点。但传统的太赫兹成像受限于衍射极限，对频率为1THz的太赫兹波，其能分辨的最小尺寸为150μm，对于部分尺寸量级处于微米级的组织结构，传统的太赫兹成像技术很难采集到清晰的图像。目前针对这种情况，已研制有太赫兹近场探测技术，通过将太赫兹探测电极尖端放置在距离样品亚波长范围内，即可突破衍射极限得到更高的空间分辨力。首先这样的设置需要使用外部太赫兹源，从而导致庞大的系统体积，不利于系统的集成。其次，由于太赫兹探测电极尖端的尺寸极小，这样的设置还需要在后续对太赫兹辐射点与电极尖端之间进行精密调节，增添使用难度。
发明内容
本申请实施例提供了一种用于近场测试的太赫兹收发处理方法和探头，以至少解决太赫兹在近场成像所存在的问题。
根据本申请的一个方面，还提供了一种用于近场测试的太赫兹收发探头，包括：太赫兹产生单元，用于产生太赫兹信号；表面波耦合单元，用于获取来自所述太赫兹产生单元的太赫兹信号，并将所述太赫兹信号耦合至太赫兹传导尖端；所述太赫兹传导尖端，用于将耦合来自所述表面波耦合单元的太赫兹信号辐射至待测样品表面，并接收所述待测样品反射回的太赫兹波。
进一步地，还包括：太赫兹探测单元，与所述太赫兹传导尖端连接，用于探测来自所述待测样品反射回的太赫兹波，并将所述太赫兹波转换为电流信号。
进一步地，还包括：采样电路，与所述太赫兹探测单元连接，用于将所述电流信号作为采样信号输出。
进一步地，还包括：第一隔离电路，设置在所述太赫兹探测单元和所述采样电路之间，用于隔离所述太赫兹信号向所述采样电路传播。
进一步地，还包括：供电电路，用于向所述太赫兹产生单元供电。
进一步地，还包括：第二隔离电路，设置在供电电路和所述太赫兹产生单元之间，用于隔离所述太赫兹信号向所述供电电路传播。
进一步地，还包括：太赫兹芯片基底，用于在其表面使用金属制作上述单元和电路。
根据本申请的另一个方面，提供了一种用于近场测试的太赫兹收发处理方法，包括：产生太赫兹信号，其中，所述太赫兹信息以表面波的形式沿载体传播；通过所述载体将所述太赫兹信号耦合至太赫兹传导尖端，其中，所述太赫兹传导尖端用于对待测样品进行成像处理；通过所述太赫兹传导尖端将所述太赫兹信号辐射至所述待测样品；接收所述待测样品发射回的太赫兹波；根据所述反射回的所述太赫兹波对所述待测样品进行成像。
进一步地，还包括：将产生的太赫兹信号与供电电路之间进行太赫兹信号隔离。
进一步地，产生所述太赫兹信号包括：通过激光激励产生所述太赫兹信号。
在本申请实施例中，采用了太赫兹产生单元，用于产生太赫兹信号；表面波耦合单元，用于获取来自所述太赫兹产生单元的太赫兹信号，并将所述太赫兹信号耦合至太赫兹传导尖端；所述太赫兹传导尖端，用于将耦合来自所述表面波耦合单元的太赫兹信号辐射至待测样品表面，并接收所述待测样品反射回的太赫兹波。通过本申请解决了太赫兹在近场成像所存在的问题，从而无需再对太赫兹辐射点与太赫兹探测尖端的相对位置进行精密调节，同时大幅缩小了太赫兹近场扫描系统体积，有效拓展了太赫兹成像技术的应用领域。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的用于近场测试的太赫兹收发探头的原理示意图。
图2是根据本申请实施例的用于近场测试的太赫兹收发探头的结构示意图。
图3是根据本申请实施例的用于近场测试的太赫兹收发处理方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本实施例中提供了一种用于近场测试的太赫兹收发探头，包括：太赫兹产生单元，用于产生太赫兹信号；表面波耦合单元，用于获取来自所述太赫兹产生单元的太赫兹信号，并将所述太赫兹信号耦合至太赫兹传导尖端；所述太赫兹传导尖端，用于将耦合来自所述表面波耦合单元的太赫兹信号辐射至待测样品表面，并接收所述待测样品反射回的太赫兹波。
为了进行进一步处理，还可以包括：太赫兹探测单元，与所述太赫兹传导尖端连接，用于探测来自所述待测样品反射回的太赫兹波，并将所述太赫兹波转换为电流信号；以及采样电路，与所述太赫兹探测单元连接，用于将所述电流信号作为采样信号输出。
为了防止太赫兹信号对其他单元的影响，可以设置隔离电路，例如，第一隔离电路，设置在所述太赫兹探测单元和所述采样电路之间，用于隔离所述太赫兹信号向所述采样电路传播。
又例如，第二隔离电路，设置在供电电路和所述太赫兹产生单元之间，用于隔离所述太赫兹信号向所述供电电路传播。该供电电路，用于向所述太赫兹产生单元供电。
太赫兹芯片基底，用于在其表面使用金属制作上述单元和电路。
通过上述探头解决了太赫兹在近场成像所存在的问题，从而无需再对太赫兹辐射点与太赫兹探测尖端的相对位置进行精密调节，同时大幅缩小了太赫兹近场扫描系统体积，有效拓展了太赫兹成像技术的应用领域。
下面结合一个可选实施方式进行说明。在本可选实施例中，提供了一种用于近场测试的太赫兹收发探头，图1是根据本申请实施例的用于近场测试的太赫兹收发探头的原理示意图，如图1所示，该探头包括：太赫兹产生单元，用于产生太赫兹信号，产生的太赫兹信号会以表面波的形式沿着金属电极传播。表面波耦合单元，用于将太赫兹表面波耦合至相邻金属电极，使太赫兹产生单元产生的太赫兹信号耦合入太赫兹探测单元。太赫兹隔离单元，用于阻隔其表面上传输的太赫兹信号，减小电极端口的信号反射，使太赫兹信号只能单向通行。太赫兹探测单元，用于探测太赫兹信号，探测到传导至其附近的太赫兹信号后将太赫兹信号转换为电流信号，作为采集数据输出。太赫兹传导尖端，用于将太赫兹波辐射至样品表面，并接收反射回的太赫兹波。供电电路，用于为太赫兹产生单元供电，使其在被激光激励时产生太赫兹信号。采集电路，用于将太赫兹探测单元产生的电流信号输出，并将其作为采集信号。太赫兹芯片基底，用于在其表面使用金属制作各太赫兹单元，其中包括太赫兹产生单元、太赫兹探测单元、太赫兹隔离单元、表面波耦合单元、太赫兹传导尖端、供电电路以及采集电路。
本实施例通过表面波耦合单元将太赫兹源与太赫兹探测单元集成为一个紧凑器件，通过太赫兹隔离单元大幅减小了与空气接触的电极端面的信号反射，同时使用太赫兹传导尖端对样品进行近场探测，无需再对太赫兹辐射点与太赫兹探测尖端的相对位置进行精密调节，同时大幅缩小了太赫兹近场扫描系统体积，有效拓展了太赫兹成像技术的应用领域。
图2是根据本申请实施例的用于近场测试的太赫兹收发探头的结构示意图，如图2所示，用于近场测试的太赫兹收发探头包括：
供电电路，用于为太赫兹产生单元供电，使其在被激光激励时产生太赫兹信号。在本发明实例中，先通过同轴电缆将电压偏置加至电路中，再通过金丝跳线的方式将电压偏置施加至金属共面带状线上，电路中有50欧的电阻以实现负载匹配。
太赫兹产生单元，用于产生太赫兹信号，产生的太赫兹信号会以表面波的形式沿着金属电极传播。在本发明实施例中，太赫兹产生单元是在线宽为300μm、缝隙为30μm的金属共面带状线之间制作一个线宽为10μm、缝隙为5μm的金属带状线结构。当激光激励射入5μm缝隙中时，太赫兹芯片基底在激光的激励下产生光生载流子，光生载流子在供电电路施加于带状线缝隙两端电压偏置的作用下运动并产生太赫兹信号。产生的太赫兹信号以表面波的形式沿着共面带状线向两侧传播。
太赫兹隔离单元，用于阻隔其表面上传输的太赫兹信号，减小电极端口的信号反射，使太赫兹信号只能单向通行。在本发明实例中，太赫兹隔离单元使用拱形单元，拱形单元通过在金属电极内侧两边对称地挖去半径递增的半圆，半圆半径从5μm以步进1μm增至35μm，半圆之间的间距为16μm，太赫兹隔离单元部分总长为1736μm。太赫兹表面波经过隔离单元后会大幅衰减。通过隔离单元，使耦合入太赫兹探测单元的信号只有太赫兹产生单元产生的初始太赫兹波以及从样品表面与背面反射回的太赫兹波。
表面波耦合单元，用于将太赫兹表面波耦合至相邻金属电极，使太赫兹产生单元产生的太赫兹信号耦合入太赫兹探测单元。在本发明实例中，表面波耦合单元是通过将两个共面带状线贴近实现的，当两个共面带状线之间的距离与其自身缝隙大小接近时，共面带状线表面的太赫兹波就会耦合到相邻共面带状线上，从而实现信号的传输。
太赫兹探测单元，用于探测太赫兹信号，探测到传导至其附近的太赫兹信号后将太赫兹信号转换为电流信号，作为采集数据输出。在本发明实例中，太赫兹探测单元是在线宽为300μm、缝隙为30μm的金属共面带状线之间制作一个缝隙为5μm的蝶形结构。当激光激励射入蝶形结构的缝隙中时，太赫兹芯片基底上的光生载流子在入射的太赫兹辐射的作用下运动产生光电流，光电流通过采集电路经同轴电缆将电流导出作为采集数据。
采集电路，用于将太赫兹探测单元产生的电流信号输出，并将其作为采集信号。在本发明实例中，太赫兹探测电路产生的电流沿着太赫兹隔离单元，通过金丝跳线进入到采集电路中，最后再由同轴电缆将电流输出，电路中有50Ω的电阻以实现负载匹配。
太赫兹传导尖端，用于将太赫兹波辐射至样品表面，并接收反射回的太赫兹波。在本发明实例中，太赫兹传导尖端设计为三角锥型，顶部针尖的缝隙为2μm，当尖端被放置在样品的近场区域内(满足近场条件，即尖端与样品的距离远小于当前太赫兹波的波长)时，即可将太赫兹波辐射至样品表面，并携带样品近场信息返回至太赫兹传导尖端，太赫兹信号就会沿着共面带状线结构进入到太赫兹探测单元中。若将太赫兹收发探头整体沿着样品表面移动，即可以约为5μm的空间分辨力对样品表面进行扫描。
太赫兹芯片基底，用于在其表面使用金属制作各太赫兹单元，其中包括太赫兹产生单元、太赫兹探测单元、太赫兹隔离单元、表面波耦合单元、太赫兹传导尖端、供电电路以及采集电路。在本发明实施例中，太赫兹芯片基底使用掺铁铟镓砷作为基底材料，该材料在1550nm激光的激励下产生的光生载流子会极为活跃，光生载流子在电压偏置的作用下会运动形成光电流，并产生太赫兹信号，同理，光生载流子在太赫兹信号的作用下也会运动形成光电流，光电流沿着采集电路输出即可作为采集数据。
在本实施例中还提供了一种用于近场测试的太赫兹收发处理方法，图3是根据本申请实施例的用于近场测试的太赫兹收发处理方法的流程图，下面对图3中包括的步骤进行说明。
步骤S302，产生太赫兹信号，其中，所述太赫兹信息以表面波的形式沿载体传播。在该步骤中，通过激光激励产生所述太赫兹信号。
步骤S304，通过所述载体将所述太赫兹信号耦合至太赫兹传导尖端，其中，所述太赫兹传导尖端用于对待测样品进行成像处理。
步骤S306，通过所述太赫兹传导尖端将所述太赫兹信号辐射至所述待测样品。
步骤S308，接收所述待测样品发射回的太赫兹波。
步骤S310，根据所述反射回的所述太赫兹波对所述待测样品进行成像。
为了更好的供电，在上述步骤中，还可以将产生的太赫兹信号与供电电路之间进行太赫兹信号隔离。
通过上述步骤解决了太赫兹在近场成像所存在的问题，从而无需再对太赫兹辐射点与太赫兹探测尖端的相对位置进行精密调节，同时大幅缩小了太赫兹近场扫描系统体积，有效拓展了太赫兹成像技术的应用领域。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种用于近场测试的太赫兹收发探头，其特征在于，包括：
太赫兹产生单元，用于产生太赫兹信号；
表面波耦合单元，用于获取来自所述太赫兹产生单元的太赫兹信号，并将所述太赫兹信号耦合至太赫兹传导尖端；
所述太赫兹传导尖端，用于将耦合来自所述表面波耦合单元的太赫兹信号辐射至待测样品表面，并接收所述待测样品反射回的太赫兹波。
2.根据权利要求1所述的探头，其特征在于，还包括：
太赫兹探测单元，与所述太赫兹传导尖端连接，用于探测来自所述待测样品反射回的太赫兹波，并将所述太赫兹波转换为电流信号。
3.根据权利要求2所述的探头，其特征在于，还包括：
采样电路，与所述太赫兹探测单元连接，用于将所述电流信号作为采样信号输出。
4.根据权利要求3所述的探头，其特征在于，还包括：
第一隔离电路，设置在所述太赫兹探测单元和所述采样电路之间，用于隔离所述太赫兹信号向所述采样电路传播。
5.根据权利要求1所述的探头，其特征在于，还包括：
供电电路，用于向所述太赫兹产生单元供电。
6.根据权利要求5所述的探头，其特征在于，还包括：
第二隔离电路，设置在供电电路和所述太赫兹产生单元之间，用于隔离所述太赫兹信号向所述供电电路传播。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的探头，其特征在于，还包括：
太赫兹芯片基底，用于在其表面使用金属制作上述单元和电路。
8.一种用于近场测试的太赫兹收发处理方法，其特征在于，包括：
产生太赫兹信号，其中，所述太赫兹信息以表面波的形式沿载体传播；
通过所述载体将所述太赫兹信号耦合至太赫兹传导尖端，其中，所述太赫兹传导尖端用于对待测样品进行成像处理；
通过所述太赫兹传导尖端将所述太赫兹信号辐射至所述待测样品；
接收所述待测样品发射回的太赫兹波；
根据所述反射回的所述太赫兹波对所述待测样品进行成像。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
将产生的太赫兹信号与供电电路之间进行太赫兹信号隔离。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，产生所述太赫兹信号包括：
通过激光激励产生所述太赫兹信号。
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| CN115236038A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-10-25 | 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) | 一种精子顶体空泡太赫兹成像方法 |
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