CN216247695U - 一种垂直入射的太赫兹探测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种垂直入射的太赫兹探测系统，包括：发射模块，用于发射太赫兹波束；分束镜，设置于发射模块和被测样品之间；发射模块发射出的太赫兹波束沿第一方向传播，经过分束镜后垂直入射到被测样品表面；分束镜还用于改变从被测样品反射回的反射波束的光路，使反射波束沿第二方向传播；接收模块，接收反射波束。保证太赫兹波束垂直入射到被测样品表面，并在穿透一定的深度后扔按照垂直于样品表面的方向传播反射至分束镜，经分束镜反射后由接收模块接收，可对被测样品不同位置的单点采样从而实现三维成像和厚度测量。

Description

一种垂直入射的太赫兹探测系统

技术领域

本实用新型涉及太赫兹成像技术领域，尤其涉及一种垂直入射的太赫兹探测系统。

背景技术

目前，太赫兹探测光路按照工作原理大致可分为透射式、反射式以及全反射式三种类型，各类探测光路应用场景不同。透射式是将发射的太赫兹波汇聚到被测物表面并穿过被测物后，由接收天线接收穿过被测物的太赫兹波；反射式是发射的太赫兹波经过被测物表面反射后由接收天线接收反射太赫兹波；全反射式是发射的太赫兹波经过一块棱镜后发生全反射，被测物紧贴在棱镜发生全反射的表面，反射太赫兹波由接收天线接收。

上述三类探测光路主要发射模块和接收模块构成，发射模块由发射天线及发射光学系统构成；接收模块由接收天线和接收光学系统组成。

针对反射式探测光路，根据反射定律，发射模块发出的太赫兹波以一定的入射角经过被测物的反射后进入到接收模块。由于太赫兹波具有较强的穿透性，在被测物表面发生反射的同时会穿透一定的深度。在传播到一定深度时，反射的太赫兹波就无法被接收模块所接受，因此，一般的反射式探头只能得到固定深度的被测物信息。如图1所示，①为入射太赫兹波，②为经过被测物表面反射的太赫兹波，③为太赫兹波穿透一定深度后的回波，可知当接收模块在固定位置时，只能得到表面回波信号和一定深度的被测物信息，穿透的深度过深将无法被接收模块接收。

实用新型内容

基于现有技术存在的问题，本实用新型提供一种垂直入射的太赫兹探测系统，旨在解决现有技术中接收模块无法接收较深的被测样品的反射波束。

一种垂直入射的太赫兹探测系统，包括：

发射模块，用于发射太赫兹波束；

分束镜，设置于发射模块和被测样品之间；

发射模块发射出的太赫兹波束沿第一方向传播，经过分束镜后垂直入射到被测样品表面；

分束镜还用于改变从被测样品反射回的反射波束的光路，使反射波束沿第二方向传播；

接收模块，接收反射波束。

进一步的，分束镜由高阻硅制成。

进一步的，分束镜面向发射模块的第一表面镀有增透膜。

进一步的，分束镜面向被测样品的第二表面镀有增反膜。

进一步的，分束镜与第一方向的夹角为45°，分束镜与第二方向的夹角为45°，第一方向和第二方向之间的夹角为90°。

进一步的，太赫兹波束从发射模块到被测样品表面之间的光路长度与反射波束从被测样品表面到接收模块的光路长度相同。

进一步的，还包括电动位移平台，用于承载被测样品并对被测样品进行移动。

进一步的，发射模块包括：

发射天线，用以产生发散的太赫兹波束；

发射抛物面镜，接收发射天线产生的太赫兹波束并形成平行化的太赫兹波束；

发射透镜，将平行化的太赫兹波束汇聚至透镜交点处，被测样品放置于透镜交点处。

进一步的，接收模块包括：

接收透镜，将反射波束平行化；

接收抛物面镜，将平行化后的反射波束汇聚至接收器；

接收天线，接收反射波束。

进一步的，电动位移平台还包括一旋转轴，被测样品为圆柱体；被测样品设置于旋转轴上，可绕旋转轴旋转。

本实用新型的有益技术效果是：保证太赫兹波束垂直入射到被测样品表面，并在穿透一定的深度后扔按照垂直于样品表面的方向传播反射至分束镜，经分束镜反射后由接收模块接收，可对被测样品不同位置的单点采样从而实现三维成像和厚度测量，可实现被测样品三维信息探测、可应用于被测样品表面及内部的缺陷探测。

附图说明

图1为现有技术中太赫兹的反射式探测光路的简化示意图；

图2为本实用新型一种垂直入射的太赫兹探测系统的光路示意图；

图3为本实用新型一种垂直入射的太赫兹探测系统的模块示意图；

图4为本实用新型一种垂直入射的太赫兹探测系统的发射模块的模块示意图；

图5为本实用新型一种垂直入射的太赫兹探测系统的接收模块的模块示意图。

其中，

1-发射模块；

2-分束镜；

3-被测样品；

4-接收模块；

11-发射天线；

12-发射抛物面镜；

13-发射透镜；

41-接收透镜；

42-接收抛物面镜；

43-接收天线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

参见图2-3，本实用新型提供一种垂直入射的太赫兹探测系统，包括：

发射模块(1)，用于发射太赫兹波束；

分束镜(2)，设置于发射模块(1)和被测样品(3)之间；

发射模块(1)发射出的太赫兹波束沿第一方向传播，经过分束镜(2)后垂直入射到被测样品(3)表面；

分束镜(2)还用于改变从被测样品(3)反射回的反射波束的光路，使反射波束沿第二方向传播；

接收模块(4)，接收反射波束。

进一步的，分束镜(2)由高阻硅制成。

进一步的，分束镜(2)面向发射模块(1)的第一表面镀有增透膜。

进一步的，分束镜(2)面向被测样品(3)的第二表面镀有增反膜。

进一步的，分束镜(2)与第一方向的夹角为45°，分束镜(2)与第二方向的夹角为45°，第一方向和第二方向之间的夹角为90°。

进一步的，太赫兹波束从发射模块(1)到被测样品(3)表面之间的光路长度与反射波束从被测样品(3)表面到接收模块(4)的光路长度相同。

具体的，测光路中的TPX透镜的焦距为35mm，即太赫兹波束从发射模块(1)到被测样品(3)表面之间的光路长度为35mm。

进一步的，还包括电动位移平台，用于承载被测样品(3)并对被测样品进行移动。

参见图4，进一步的，发射模块(1)包括：

发射天线(11)，用以产生发散的太赫兹波束；

发射抛物面镜(12)，接收发射源(11)产生的太赫兹波束并形成平行化的太赫兹波束；

发射透镜(13)，将平行化的太赫兹波束汇聚至透镜交点处，被测样品(3)放置于透镜交点处。

参见图5，进一步的，接收模块(4)包括：

接收透镜(41)，将反射波束平行化；

接收抛物面镜(42)，将平行化后的反射波束汇聚至接收器(43)；

接收天线(43)，接收反射波束。

进一步的，电动位移平台还包括一旋转轴，被测样品为圆柱体；被测样品设置于旋转轴上，可绕旋转轴旋转。

在本实用新型中，发射模块(1)发出的太赫兹波经过分束镜(2)后到达被测样品(3)表面并穿透一定深度后返回分束镜(2)第二表面，经过分束镜(2)第二表面的反射后由接收模块(4)接收，发射模块(1)的发射透镜(13)采用TPX透镜，接收模块(4)的发射透镜(41)采用TPX透镜。

分束镜(2)为定制的高阻硅，第一表面即接近发射模块的表面镀增透膜，透过率约为60％，第二表面镀增反膜，反射率约为70％，从而降低分束镜(2)发射太赫兹波的的反射损耗及发射太赫兹波的透射损耗。

发射天线(11)和接收天线(43)分别接入TDS系统，即太空实况三维可视化系统(Total Discovery of Space)，发射天线(11)发出的具有一定发散角的太赫兹波经过接收抛物面镜(42)后成为平行波束，再经过发射透镜(13)后汇聚至透镜焦点处。被测样品(3)放置在透镜焦点处，焦点和发射透镜(13)之间放置一片分束镜(2)，分束镜与光轴的夹角为45°，镀有增透膜的第一表面靠近发射模块(1)，镀有增反膜的第二表面靠近被测样品(3)。由于光路中放置分束镜(2)，发射的太赫兹波波束相较于未放置分束镜的情况，汇聚光斑会发生平移，此处分束镜相当于是一个平行平板。被测样品需放置实际汇聚光斑的位置。入射的太赫兹波束经过被测样品的反射，沿着垂直于被测样品表面的方向传播至分束镜(2)的第二表面，此时的反射波束是具有一定发散角的回波信号，经由分束镜(2)第二表面反射由接收透镜(41)接收后形成平行波束。平行波束经过接收抛物面镜(42)汇聚至接收天线(43)。

在本实用新型中，在没有被测样品的情况下，在太赫兹波束汇聚点的位置放置一面镀金反射镜，采集此时TDS系统的时域信号，根据采集信号调整系统相关模块的位置，尽量使得接收模块接收的最强的反射波束，提高太赫兹探测系统的整体性能。例如，调整镀金反射镜、透镜等的位置。在位置调整好后，将被测样品放置在镀金反射镜位置，并将被测样品与电动位移平台结合，在探测光路不发生位移的情况下，移动被测样品进行单点扫描，即可测到被测样品的三维信息。

被测样品可以是一个带有表面和内部缺陷的圆柱体结构，电动位移平台还包括一旋转轴，此时被测样品放置在电机控制的旋转轴上，使得该圆柱体样品不仅可以进行三维移动还可以绕着旋转轴顺时针、逆时针旋转，过TDS系统的时域谱分析，即可得到被测物的内外部缺陷。

以上实用新型仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种垂直入射的太赫兹探测系统，其特征在于，包括：

发射模块(1)，用于发射太赫兹波束；

分束镜(2)，设置于所述发射模块(1)和被测样品(3)之间；

所述发射模块(1)发射出的太赫兹波束沿第一方向传播，经过所述分束镜(2)后沿所述第一方向垂直入射到所述被测样品(3)表面；

所述分束镜(2)还用于改变从所述被测样品(3)反射回的反射波束的光路，使所述反射波束沿第二方向传播；

接收模块(4)，接收所述反射波束。

2.如权利要求1所述的一种垂直入射的太赫兹探测系统，其特征在于，所述分束镜(2)由高阻硅制成。

3.如权利要求1所述的一种垂直入射的太赫兹探测系统，其特征在于，所述分束镜(2)面向所述发射模块(1)的第一表面镀有增透膜。

4.如权利要求1所述的一种垂直入射的太赫兹探测系统，其特征在于，所述分束镜(2)面向所述被测样品(3)的第二表面镀有增反膜。

5.如权利要求1所述的一种垂直入射的太赫兹探测系统，其特征在于，所述分束镜(2)与所述第一方向的夹角为45°，所述分束镜(2)与所述第二方向的夹角为45°，所述第一方向和所述第二方向之间的夹角为90°。

6.如权利要求1所述的一种垂直入射的太赫兹探测系统，其特征在于，太赫兹波束从所述发射模块(1)到被测样品(3)表面之间的光路长度与所述反射波束从所述被测样品(3)表面到所述接收模块(4)的光路长度相同。

7.如权利要求1所述的一种垂直入射的太赫兹探测系统，其特征在于，还包括电动位移平台，用于承载所述被测样品(3)并对所述被测样品进行移动。

8.如权利要求1所述的一种垂直入射的太赫兹探测系统，其特征在于，所述发射模块(1)包括：

发射天线(11)，用以产生发散的太赫兹波束；

发射抛物面镜(12)，接收所述发射天线(11)产生的太赫兹波束并形成平行化的太赫兹波束；

发射透镜(13)，将平行化的太赫兹波束汇聚至透镜交点处，所述被测样品(3)放置于所述透镜交点处。

9.如权利要求1所述的一种垂直入射的太赫兹探测系统，其特征在于，所述接收模块(4)包括：

接收透镜(41)，将所述反射波束平行化；

接收抛物面镜(42)，将平行化后的反射波束汇聚至接收天线(43)；

接收天线(43)，接收所述反射波束。

10.如权利要求7所述的一种垂直入射的太赫兹探测系统，其特征在于，电动位移平台还包括一旋转轴，所述被测样品为圆柱体；所述被测样品设置于所述旋转轴上，可绕所述旋转轴旋转。

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