CN219201337U - 一种太赫兹近场探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太赫兹近场探测器，包括脉冲发生模块、延时模块、太赫兹生成模块、检测模块和成像模块，通过设置可替换检测模块，针对不同样品可按需求替换检测环境，从而提升成像信噪比；本申请还通过偏振分束镜分离带有样品信息的混合光束，从而实现实时成像与光谱分析的同步进行。

Description

一种太赫兹近场探测器

技术领域

本实用新型涉及太赫兹成像技术领域，具体的涉及一种太赫兹近场探测器。

背景技术

太赫兹(terahertz,THz)波(通常简称为THz)通常是指频率0.1—10THz(1THz＝1012Hz)范围内的电磁辐射,在电磁波谱中位于微波和红外之间。太赫兹波具有非常低的光子能量和比微波的更短的波长,因此太赫兹在物质分析和无损检测等方面具有非常广泛的应用.由于非常低的光子能量,不同于目前广泛应用的X射线影像学检查面临的辐射电离损伤的潜在危害,太赫兹成像在生物医学诊断中的应用已经被人们广泛关注,特别是其在肿瘤诊疗中的巨大价值。

目前实时成像技术上利用光电晶体的线性泡克尔斯效应，利用自由空间电光采样技术，由CDD相机接受太赫兹光束并实时成像，该方法成像速度快，但针对不同探测样品时需求的太赫兹波束强度不同，无法保证不同环境下的信噪比，且探测结果无相位信息，无法进行光谱分析。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种太赫兹近场探测器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种太赫兹近场探测器，包括：

脉冲发生模块，用于生成泵浦光和探测光；

延时模块，用于改变探测光相位；

太赫兹生成模块，用于接收泵浦光并生成太赫兹光束；

检测模块，用于检测样品接收太赫兹光束；

成像模块，用于接收携带样品信息的太赫兹光束与探测光的混合光，处理并成像。

进一步地，所述脉冲发生模块包括飞秒激光放大器和分束镜，所述分束镜分束比不小于8：1，激光脉冲经分束后能量较高的光束为泵浦光，能量较低的光束为探测光，探测光进入延时模块调整相位，泵浦光进入太赫兹生成模块以生成太赫兹光束。

进一步地，所述延时模块由多块平面反射镜组成，反射光路互相垂直，探测光经反射后光路方向不变，根据需求可调整平面反射镜之间距离，从而将探测光调整到合适的相位。

进一步地，所述太赫兹生成模块包括反射镜、反射光栅和非线性晶体，泵浦光经反射镜反射调整方向后通过反射光栅进行色散，后由多个柱面镜进入非线性晶体，生成太赫兹光束，此处非线性晶体具有很高的非线性光学系数。

进一步地，所述检测模块包括探测晶体和与所述探测晶体紧密贴合的样品，所述探测晶体为EO晶体，EO晶体的选择影响本装置的成像空间分辨率与信噪比。

进一步地，所述检测模块还包括多抛物面镜，太赫兹光束经抛物面镜反射聚焦后照射在所述样品上，聚焦后的太赫兹光束探测面积小，但电场强度更强，适合对太赫兹吸收较强，投射信号较小的样品。

进一步地，所述成像模块包括：

第二分束镜，对探测光进行折射，探测光经延时模块延时后经折射与携带样品信息的太赫兹光束同时抵达探测晶体，并被探测晶体反射形成混合光束，进入凸透镜；

凸透镜、凹透镜；所述凸透镜和凹透镜的焦点重合，混合光经凸透镜聚焦后再由凹透镜形成平行光束；

半波片、四分之一波片，用于改变混合光的偏振状态；

偏振分束镜，用于对混合光的分束；

CDD相机，用于接收携带样品信息的太赫兹光束与探测光的混合光经偏振分束镜分束后的光束，传至处理器并进行实时成像。

进一步地，所述成像模块还包括光电平衡探测器，用于接收偏振分束镜分束的另一道光束，以获得对应光谱信息。

本实用新型的有益效果：

1.通过设置可更换的检测模块，在不更换太赫兹源的情况下调节太赫兹光束强度，以保证针对不同检测样品时的具有较好的信噪比。

2.通过对混合光束进行偏振分束，同时得到两束带有样品信息的太赫兹光束，通过CDD相机和光电平衡探测器同时接受，以达到实时成像与获取光谱信息的目的。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为太赫兹生成模块结构图；

图中：

1-脉冲发生模块；2-延时模块；3-太赫兹生成模块；4-检测模块；5-成像模块；11-飞秒激光放大器；12-分束镜；31-反射光栅；32-非线性晶体；41-样品；42-探测晶体；43-抛物面镜；51-第二分束镜；52-凸透镜；53-半波片；54-四分之一波片；55-凹透镜；56-偏振分束镜；57-CDD相机；58-光电平衡探测器。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型进行进一步的说明。

如图1所示，飞秒激光放大器1输出脉冲波，本实施例中脉冲波中心波长为750nm，脉宽<100fs，频率1kHz，脉冲波束经分束镜21分束后形成泵浦光和探测光，本实施例中分束镜21分束比不小于8：1，分束后强度较高的为泵浦光，强度较低的为探测光。

如图2所示泵浦光经反射光栅31反射后到达非线性电光晶体，本实施例中非线性晶体32采用钽酸锂晶体，该晶体具有很高的非线性光学系数，反射光栅31对泵浦光进行波前倾斜，以实现一级衍射光在钽酸锂晶体中的非共线相位匹配从而提高太赫兹辐射效率。

检测模块中，样品与探测晶体紧密贴合，使其两者距离远小于太赫兹波长，以满足近场成像的条件，探测晶体为EO晶体，本实施例中，采用18μm厚的铌酸锂晶体，探测光经延时后，与带有样品信息的太赫兹波束同时抵达探测晶体，探测光被探测晶体反射并与太赫兹波束形成混合波束，经透镜组与波片组后进入CDD相机与光电平衡探测器以获得实时成像与光谱信息。

在检测体积更小，太赫兹穿透力更差的样品时，可通过更换检测模块4，来提高信噪比，第二检测模块中，太赫兹波束经过多个抛物面镜43折射聚焦在待测样品上，第二检测模块中探测晶体选取200μm厚的磷化镓晶体，调节延时模块使探测光与太赫兹波束同时抵达探测晶体，此模式成像半径更小但太赫兹波束强度更高，信噪比更好。

检测模块的两个模式使用可移动平台进行替换。

除上述实施例外，本实用新型还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种太赫兹近场探测器，其特征在于，包括：

脉冲发生模块(1)，用于生成泵浦光和探测光；

延时模块(2)，用于改变探测光相位；

太赫兹生成模块(3)，用于接收泵浦光并生成太赫兹光束；

检测模块(4)，用于检测样品接收太赫兹光束；

成像模块(5)，用于接收携带样品信息的太赫兹光束与探测光的混合光，处理并成像。

2.根据权利要求1所述的一种太赫兹近场探测器，其特征在于：所述脉冲发生模块包括飞秒激光放大器(11)和分束镜(12)，所述分束镜(12)分束比不小于8：1，激光脉冲经分束后能量较高的光束为泵浦光，能量较低的光束为探测光。

3.根据权利要求1所述的一种太赫兹近场探测器，其特征在于：所述延时模块(2)由多块平面反射镜组成，反射光路互相垂直，探测光经反射后光路方向不变。

4.根据权利要求1所述的一种太赫兹近场探测器，其特征在于：所述太赫兹生成模块包括反射光栅(31)和非线性晶体(32)，泵浦光经反射光栅反射入非线性晶体，以生成太赫兹光束。

5.根据权利要求1所述的一种太赫兹近场探测器，其特征在于：所述检测模块包括探测晶体(42)和与所述探测晶体紧密贴合的样品(41)。

6.根据权利要求5所述的一种太赫兹近场探测器，其特征在于：所述检测模块还包括多个抛物面镜(43)，太赫兹光束经抛物面镜反射聚焦后照射在所述样品上。

7.根据权利要求1所述的一种太赫兹近场探测器，其特征在于，所述成像模块包括：

第二分束镜(51)，对探测光进行折射；

凸透镜(52)、凹透镜(55)；所述凸透镜和凹透镜的焦点重合，接收携带样品信息的太赫兹光束与探测光的混合光经凸透镜聚焦后再由凹透镜形成平行光束；

半波片(53)、四分之一波片(54)，用于改变混合光的偏振状态；

偏振分束镜(56)，用于对混合光的分束；

CDD相机(57)，用于接收携带样品信息的太赫兹光束与探测光的混合光经偏振分束镜分束后的光束，并进行实时成像。

8.根据权利要求7所述的一种太赫兹近场探测器，其特征在于：所述成像模块还包括光电平衡探测器(58)，用于接收偏振分束镜分束的另一道光束。

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