CN114813623A - 一种太赫兹近场光路调试装置及其调试方法 - Google Patents

一种太赫兹近场光路调试装置及其调试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种太赫兹近场光路调试装置及其调试方法，旨在解决太赫兹近场光路调试中难以保证导引激光与太赫兹波重合度，信号调试难度大且探测效率低的问题，太赫兹近场光路调试装置，包括有：两个用于模拟太赫兹点光源的可见光点光源；两个准直可见激光源，用于提供两束可见导引激光；两组光路调节系统，用于将可见光点光源的出射光调节为准直光束并与导引激光实现共轴传输；反射镜，设置于两组光路调节系统的出射端；凹面反射镜，用于将准直光束聚焦于离型纸上；离型纸，用于模拟针尖来承接聚焦光斑并对其进行散射；太赫兹点光源；太赫兹探测器；原子力显微镜。本发明尤其适用于太赫兹近场光路的严格校准，具有较高的社会使用价值和应用前景。

Description

一种太赫兹近场光路调试装置及其调试方法
技术领域
本发明涉及近场光路调试技术领域，具体涉及一种太赫兹近场光路调试装置及其调试方法。
背景技术
太赫兹波的波段能够覆盖半导体、等离子体和生物大分子等物质的特征谱，在物理学、化学和生命科学等领域有重大应用价值。太赫兹光源波长大约为300um左右，由于衍射极限的存在，太赫兹远场测量系统的光学空间分辨率一般被限制在150um左右。该结果的准确度无法满足需要纳米分辨率的材料研究。而太赫兹近场光学显微镜可以突破衍射极限达到30nm左右的空间分辨率，为此难题提供了一个很好的解决方案。
由于太赫兹光源强度弱探测难度大，太赫兹波段不可见且多为发散光源，现有方案大都通过在光路中添加光阑，通过微调光阑以及观察探测器接受信号大小来判断光路调节情况，但该方案在前期调试中困难较大，很难在探测器中准确接受到太赫兹近场信号，最终导致信号调试难度大且探测效率低；
另外一种调试方法为采用太赫兹相机，其作用类似与红外显像卡，对于寻找太赫兹波束焦点有极大的助益，但太赫兹相机存在价格昂贵(20w以上)且体积较大，为了在预想焦点处安装太赫兹相机必须先拆除AFM，由于可见光在太赫兹相机上无法探测，因而使用太赫兹相机也无法保证导引光束与太赫兹波束重合。
为此，我们提出了一种太赫兹近场光路调试装置及其调试方法。
发明内容
本发明的目的在于解决或至少缓解现有技术中所存在的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
本发明提供一种太赫兹近场光路调试装置，包括有：
两个相向设置的可见光点光源，用于模拟太赫兹点光源，提供可见出射光；
两个准直可见激光源，用于提供两束可见导引激光；
两组光路调节系统，用于将可见光点光源的可见出射光调节为准直光束并与导引激光实现共轴传输；
反射镜，设置于两组光路调节系统的出射端，用于承接两侧准直光束并使两侧准直光束反射后平行出射；
凹面反射镜，用于将准直光束聚焦于离型纸的一点上；
离型纸，用于模拟针尖来承接聚焦光斑并对其进行散射；
太赫兹点光源，用于前期光路调节完成后替换一侧可见光点光源，出射太赫兹波；
太赫兹探测器，用于前期光路调节完成后替换另一侧可见光点光源，探测太赫兹波段散射光。
原子力显微镜，用于前期光路调节完成后替换离型纸，调节针尖位于聚焦光斑处。
可选地，所述光路调节系统包括：
调平镜，用于将可见光点光源出射光调平为准直光束并改变其传输方向；
ITO导电玻璃，用于对入射的可见光半反射半透射，对太赫兹波段光束反射。
可选地，所述ITO导电玻璃设置于可见导引激光的光路上，对准直可见激光源的可见导引激光部分反射，部分透射。
可选地，所述调平镜的镜面反射面型为抛物面，抛物面沿光波束传输路径的截线为抛物线，垂直于光波束传输路径的截线为标准圆。
可选地，所述凹面反射镜的聚焦面型为大口径抛物面。
可选地，所述反射镜为斜面镀反射膜的直角棱镜。
可选地，所述离型纸为硅油纸。
本发明还提供一种太赫兹近场光路调试装置的调试方法，包括如下步骤：
S1、开启两组相向设置的可见光点光源，提供两个可见光点状光并通过光路调节系统将光路调平为准直光束后出射；
S2、开启两组准直可见激光源，提供两束可见导引激光与两束点光源出射光共轴传输；
S3、两束可见导引激光与两束点光源出射光经反射镜反射后通过凹面反射镜聚焦于离型纸的一点上；
S4、调节光路调节系统，使离型纸散射光原路返回后的光斑最终会聚于可见光点光源的中心位置；
S5、两个可见光点光源分别替换为太赫兹点光源和太赫兹探测器，使太赫兹探测器和太赫兹点光源的中心分别与可见散射光的光斑焦点重合，将离型纸替换为原子力显微镜并调节针尖位于聚焦光斑处，根据太赫兹探测器接收信号进行微调使信号达到最大值，完成校准。
可选地，所述步骤S1中，太赫兹点光源为QCL激光器或光导天线，且光源中心为太赫兹点光源的出射区域/面。
本发明实施例提供了一种太赫兹近场光路调试装置及其调试方法，具备以下有益效果：
1、本发明使用可见光点光源模拟不可见的太赫兹点光源，将两个可见光点光源经光路调节系统调平为准直光束并与导引激光实现共轴传输，经可见光的导引重合聚焦于离型纸的一点上，将针尖散射光可视化，原路返回的可视散射光经过校准后，对准替换后的太赫兹点光源和太赫兹探测器，将入射光准确的聚焦于针尖处并将散射光高效收集进入太赫兹探测器，提高太赫兹近场信号探测效率，实现对太赫兹近场光路的严格校准。
2、本发明在三维层面实现对近场探针的预对准，提升信号搜寻效率，且降低了太赫兹近场光路调试难度，对提高信号探测效率及信噪比具有重要意义。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种太赫兹近场光路调试装置及其调试方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为本发明结构示意图。
图中：第一可见光点光源1、第一准直可见激光源2、第一调平镜3、第一ITO导电玻璃4、反射镜5、第二ITO导电玻璃6、第二调平镜7、第二可见光点光源8、第二准直可见激光源9、凹面反射镜10、离型纸11。
具体实施方式
下面结合附图1和实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本发明提供一种太赫兹近场光路调试装置，参照附图1，包括有：
两个相向设置的第一可见光点光源1和第二可见光点光源8，用于模拟太赫兹点光源，提供可见出射光；
第一准直可见激光源2和第二准直可见激光源9，用于提供两束可见导引激光；
两组光路调节系统，用于将可见光点光源的可见出射光调节为准直光束并与导引激光实现共轴传输；光路调节系统包括：第一调平镜3和第二调平镜7，用于将可见光点光源出射光调平为准直光束并改变其传输方向，本实施例中，第一调平镜3和第二调平镜7均为90°离轴抛物面镜，抛物面沿光波束传输路径的截线为抛物线，垂直于光波束传输路径的截线为标准圆；
本实施例中，第一ITO导电玻璃4和第二ITO导电玻璃6，用于对入射的可见光半反射半透射，对太赫兹波段光束反射，且共轴传输的出射光和导引激光部分反射并出射至反射镜5的两个棱面，反射镜5使两侧准直光束反射后平行出射；同时，第一ITO导电玻璃4和第二ITO导电玻璃6分别设置在两束可见导引激光的光路上，对第一准直可见激光源2和第二准直可见激光源9的可见导引激光部分反射，部分透射；
本实施例中，反射镜5为斜面镀反射膜的直角棱镜，反射镜5设置于两组光路调节系统的出射端，用于承接两侧准直光束并使两侧准直光束反射后平行出射；
本实施例中，凹面反射镜10用于将合束后的准直光束聚焦于离型纸11的一点上，凹面反射镜的聚焦面型为大口径抛物面，本实施例中，凹面反射镜10为大口径30°离轴抛物面镜10，合束后的准直光束通过大口径30°离轴抛物面镜10的聚焦面实现聚焦于离型纸11的一点形成聚焦光斑；
离型纸11，用于模拟针尖来承接聚焦光斑并对其进行散射，本实施例中，离型纸11为硅油纸，可将针尖散射光可视化，以便更好的调节光路，提高太赫兹波段散射光的收集效率；
太赫兹点光源，用于前期光路调节完成后替换第一可见光点光源1，出射太赫兹波；
太赫兹探测器，用于前期光路调节完成后替换第二可见光点光源8，探测太赫兹波段散射光。
原子力显微镜，用于前期光路调节完成后替换离型纸11，调节针尖位于聚焦光斑处。
实施例2
本发明还提供一种太赫兹近场光路调试装置的调试方法，包括如下步骤：
S1、开启相向设置的第一可见光点光源1和第二可见光点光源8，提供两个可见光点状光，并通过第一调平镜3和第二调平镜7将出射的可见光点状光调节为准直光束，随后，两束点光源出射光分别经过第一ITO导电玻璃4和第二ITO导电玻璃6反射并出射；
S2、开启第一准直可见激光源2和第二准直可见激光源9，提供两束可见导引激光与两束点光源出射光共轴传输；
S3、两束可见导引激光与两束点光源出射光经反射镜5的两个棱面反射后平行出射，随后通过凹面反射镜10的发射聚焦于离型纸11的一点上；
S4、调节光路调节系统的第一调平镜3、第二调平镜7、第一ITO导电玻璃4和第二ITO导电玻璃6，使离型纸11散射光原路返回后的光斑最终会聚于第一可见光点光源1和第二可见光点光源8的中心位置；
S5、第一可见光点光源1和第二可见光点光源8分别替换为太赫兹点光源和太赫兹探测器，使太赫兹探测器和太赫兹点光源的中心分别与可见散射光的光斑焦点重合，将离型纸11替换为原子力显微镜并调节针尖位于聚焦光斑处，根据太赫兹探测器接收信号进行微调使信号达到最大值，完成校准。
可以理解的是，太赫兹点光源为QCL激光器或光导天线，且光源中心为太赫兹点光源的出射区域/面，根据太赫兹源的出射区域/面大小选择不同焦距的抛物面镜(第一调平镜3和第二调平镜7)，使用光导天线作为太赫兹源时，出射区域较大，则选择焦距较大(为100mm左右)的抛物面镜，将太赫兹发散光源等效为点光源。
其他未描述结构参照实施例1。
根据本发明上述实施例的太赫兹近场光路调试装置及其调试方法，使用可见光点光源模拟不可见的太赫兹点光源，将两个可见光点光源经光路调节系统调平为准直光束并与导引激光实现共轴传输，经可见光的导引重合聚焦于离型纸的一点上，将针尖散射光可视化，原路返回的可视散射光经过校准后，对准替换后的太赫兹点光源和太赫兹探测器，将入射光准确的聚焦于针尖处并将散射光高效收集进入太赫兹探测器，提高太赫兹近场信号探测效率，实现对太赫兹近场光路的严格校准，且降低了太赫兹近场光路调试难度，对提高信号探测效率及信噪比具有重要意义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种太赫兹近场光路调试装置，其特征在于，包括有：
两个相向设置的可见光点光源，用于模拟太赫兹点光源，提供可见出射光；
两个准直可见激光源，用于提供两束可见导引激光；
两组光路调节系统，用于将可见光点光源的可见出射光调节为准直光束并与导引激光实现共轴传输；
反射镜，设置于两组光路调节系统的出射端，用于承接两侧准直光束并使两侧准直光束反射后平行出射；
凹面反射镜，用于将准直光束聚焦于离型纸的一点上；
离型纸，用于模拟针尖来承接聚焦光斑并对其进行散射；
太赫兹点光源，用于前期光路调节完成后替换一侧可见光点光源，出射太赫兹波；
太赫兹探测器，用于前期光路调节完成后替换另一侧可见光点光源，探测太赫兹波段散射光；
原子力显微镜，用于前期光路调节完成后替换离型纸，调节针尖位于聚焦光斑处。
2.如权利要求1所述的太赫兹近场光路调试装置，其特征在于：所述光路调节系统包括：
调平镜，用于将可见光点光源出射光调平为准直光束并改变其传输方向；
ITO导电玻璃，用于对入射的可见光半反射半透射，对太赫兹波段光束反射。
3.如权利要求2所述的太赫兹近场光路调试装置，其特征在于：所述ITO导电玻璃设置于可见导引激光的光路上，对准直可见激光源的可见导引激光部分反射，部分透射。
4.如权利要求2所述的太赫兹近场光路调试装置，其特征在于：所述调平镜的镜面反射面型为抛物面，抛物面沿光波束传输路径的截线为抛物线，垂直于光波束传输路径的截线为标准圆。
5.如权利要求1所述的太赫兹近场光路调试装置，其特征在于：所述凹面反射镜的聚焦面型为大口径抛物面。
6.如权利要求1所述的太赫兹近场光路调试装置，其特征在于：所述反射镜为斜面镀反射膜的直角棱镜。
7.如权利要求1所述的太赫兹近场光路调试装置，其特征在于：所述离型纸为硅油纸。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的太赫兹近场光路调试装置的调试方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、开启两组相向设置的可见光点光源，提供两个可见光点状光并通过光路调节系统将光路调平为准直光束后出射；
S2、开启两组准直可见激光源，提供两束可见导引激光与两束点光源出射光共轴传输；
S3、两束可见导引激光与两束点光源出射光经反射镜反射后通过凹面反射镜聚焦于离型纸的一点上；
S4、调节光路调节系统，使离型纸散射光原路返回后的光斑最终会聚于可见光点光源的中心位置；
S5、两个可见光点光源分别替换为太赫兹点光源和太赫兹探测器，使太赫兹探测器和太赫兹点光源的中心分别与可见散射光的光斑焦点重合，将离型纸替换为原子力显微镜并调节针尖位于聚焦光斑处，根据太赫兹探测器接收信号进行微调使信号达到最大值，完成校准。
9.如权利要求8所述的太赫兹近场光路调试装置的调试方法，其特征在于：所述步骤S1中，太赫兹点光源为QCL激光器或光导天线，且光源中心为太赫兹点光源的出射区域/面。
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