一种多收发太赫兹扫描近场成像光路系统

摘要

本实用新型公开了一种多收发太赫兹扫描近场成像光路系统，涉及微纳光子学应用领，所述系统包括：若干太赫兹收发天线、若干第一透镜组件、第二透镜、ITO玻璃、离轴镜和探针；其中，太赫兹收发天线与第一透镜组件一一对应，若干太赫兹收发天线发射出若干太赫兹波经各自对应的第一透镜组件进行准直，准直后的若干后太赫兹波经各自对应的第一透镜组件汇聚入第二透镜，汇聚后的太赫兹波经第二透镜后转为若干相邻的平行波束，若干平行波束依次经ITO玻璃和离轴镜反射后射入探针获得若干散射信号，散射信号沿原图返回至太赫兹收发天线，本系统能够实现太赫兹扫描近场成像系统的多源同时工作。

说明书

技术领域

本实用新型涉及微纳光子学应用领域，具体地，涉及一种多收发太赫兹扫描近场成像光路系统。

背景技术

太赫兹收发一体技术利用的是微波传输器件中的定向耦合器，它具有将出射太赫兹波和接收太赫兹波分离的功能，从而实现对待测系统反射特性的分析能力；原子力显微成像方法，是基于扫描探针的成像技术，该方法利用一根尖端半径为几十甚至几纳米的探针，在物体表面周期性的轻轻敲击并让物体进行二维扫描，进而得到物体表面的形貌信息。

近场也被称为表面波或是倏逝波，是一种束缚在物体表面的电磁波，沿着离开物体表面的方向强度随距离呈指数衰减。由于倏逝波的波矢比自由空间中传播的电磁波波矢要大，因此要让自由空间的电磁波激发物体表面的倏逝波需要一定的条件，针尖作为一种结构可以将电磁场局域在尖端处，从而增大该处电磁场的波矢，在针尖靠近物体表面后实现波矢匹配并激发物体表面的倏逝波，当然，物体本身的一些结构也可以实现波矢匹配并激励起倏逝波。原子力显微镜的针尖不仅可以激发近场，而且和样品形成偶极子对，将该近场辐射到了自由空间，轻敲模式下探针在以一个固定频率抖动，对辐射出去的近场也起到了调制作用，为后续近场信号的解调提供了条件。传统的太赫兹扫描近场成像系统往往只兼容一到两个源同时进行工作，然而近场成像的影响因素很多，更换源之后的成像条件和之前往往已经发生了变化，导致其无法适应多源同时工作。

实用新型内容

为了实现太赫兹扫描近场成像系统的多源同时工作，本实用新型提供了一种多收发太赫兹扫描近场成像光路系统。

其中，本实用新型中的一种多收发太赫兹扫描近场成像光路系统包括：

若干太赫兹收发天线、若干第一透镜组件、第二透镜、ITO玻璃、离轴镜和探针；其中，太赫兹收发天线与第一透镜组件一一对应，若干太赫兹收发天线发射出若干太赫兹波经各自对应的第一透镜组件进行准直，准直后的若干后太赫兹波经各自对应的第一透镜组件汇聚入第二透镜，汇聚后的太赫兹波经第二透镜后转为若干相邻的平行波束，若干平行波束依次经ITO玻璃和离轴镜反射后射入探针获得若干散射信号；若干散射信号依次经过离轴镜和ITO玻璃反射后射入第二透镜，若干散射信号经过第二透镜以各自对应的角度发散后分别射入对应的第一透镜组件，发散后的散射信号经过第一透镜组件准直和汇聚后射入对应的太赫兹收发天线。

其中，本实用新型的原理为：本系统中设有若干太赫兹收发天线，可以支持太赫兹扫描近场成像系统的多源同时工作，当多源同时工作时，多个太赫兹收发天线分别发送太赫兹波，各自的太赫兹波依次进行准直和汇聚获得若干相邻的平行波束，然后经ITO玻璃和离轴镜反射后射入探针获得若干散射信号，若干散射信号沿原路返回后被太赫兹收发天线接收进行后续检测处理，传统的太赫兹扫描近场成像系统往往只兼容一到两个源同时进行工作，然而近场成像的影响因素很多，更换源之后的成像条件和之前往往已经发生了变化，导致其无法适应多源同时工作，而本系统中，更换源后只需要增加对应的第一透镜组件即可，不需要对系统中的其他设备进行调整，能够快速的适应多源同时工作。

优选的，所述第一透镜组件包括：第一凸透镜和第二凸透镜；其中，第一凸透镜用于对太赫兹波进行准直，以及用于对散射信号进行汇聚；第二凸透镜用于对太赫兹波进行汇聚，以及用于对散射信号进行准直。

优选的，第一凸透镜的焦距小于第二凸透镜的焦距。

优选的，第二透镜为凹透镜。利用凹透镜的特性便于将太赫兹波转为若干相邻的平行波束。

优选的，所述系统还包括：若干反射镜，若干平行波束依次经ITO玻璃、若干反射镜和离轴镜反射后射入探针获得若干散射信号；若干散射信号依次经过离轴镜、若干反射镜和ITO玻璃反射后射入第二透镜。若干反射镜的作用是将指引后的太赫兹调整为相对于离轴镜正入射的方向，从而以最佳的效果汇聚在针尖处，若干反射镜的数量至少为两个。

优选的，反射镜个数为2个。两个反射镜均安装在俯仰可调的二维镜架上，其中第一个反射镜可以调节太赫兹到达第二个反射镜的位置，再由第二个反射镜将太赫兹调节为相对于离轴镜正入射的方向，因此两个反射镜具备对太赫兹的四维调节功能(上下、左右、偏转以及俯仰)，如果是使用一个反射镜的话需要一个四维镜架，该类型镜架较大，不方便光路集成。

优选的，由于太赫兹波是不可见的，在系统调试时，需要利用可见光对太赫兹波进行指引，因此所述系统还包括可见光源，可见光源用于向ITO玻璃发射可见光。

优选的，所述系统还包括扩束镜，可见光源发出可见光经过扩束镜扩束后射入ITO玻璃。扩束镜的作用是将可见光束腰扩大，模拟太赫兹的束腰大小，在指引和汇聚过程中充分演示太赫兹的传输过程，更精细的调节各反射镜和离轴镜。

优选的，所述系统还包括定向耦合器，定向耦合器与太赫兹收发天线连接。其中，定向耦合器具有将出射太赫兹波和接收太赫兹波分离的功能，利用分离出的太赫兹波从而实现对待测系统反射特性的分析能力。

优选的，所述系统还包括检测仪，检测仪与定向耦合器连接。利用检测仪可以对接收的太赫兹波进行检测分析，从而实现对测试对象的分析。

本实用新型提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本系统能够实现太赫兹扫描近场成像系统的多源同时工作。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本实用新型的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定；

图1是本实用新型中一种多收发太赫兹扫描近场成像光路系统的组成示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一

请参考图1，图1为一种多收发太赫兹扫描近场成像光路系统的组成示意图，本实用新型提供了一种多收发太赫兹扫描近场成像光路系统，所述系统包括：

若干太赫兹收发天线、若干第一透镜组件、第二透镜、ITO玻璃7、离轴镜10和探针11；其中，太赫兹收发天线与第一透镜组件一一对应，若干太赫兹收发天线发射出若干太赫兹波经各自对应的第一透镜组件进行准直，准直后的若干后太赫兹波经各自对应的第一透镜组件汇聚入第二透镜，汇聚后的太赫兹波经第二透镜后转为若干相邻的平行波束，若干平行波束依次经ITO玻璃和离轴镜反射后射入探针获得若干散射信号；若干散射信号依次经过离轴镜和ITO玻璃反射后射入第二透镜，若干散射信号经过第二透镜以各自对应的角度发散后分别射入对应的第一透镜组件，发散后的散射信号经过第一透镜组件准直和汇聚后射入对应的太赫兹收发天线。

其中，太赫兹收发天线的数量可以根据实际需要进行调整，如2个、3个、4个等等，本实施例不对太赫兹收发天线的数量进行具体的限定，如图1所示，此时具有3个太赫兹收发天线，分别为：第一太赫兹收发天线1、第二太赫兹收发天线2和第三太赫兹收发天线3。

其中，在实施例中，所述第一透镜组件包括：第一凸透镜4和第二凸透镜5，第一凸透镜的焦距小于第二凸透镜的焦距，第一凸透镜和第二凸透镜的具体焦距数值可以根据实际应用进行调整，本实施例不进行具体的限定。其中，第一凸透镜的作用对象是对应的太赫兹源和第二凸透镜，因此对焦距没有额外要求，对于太赫兹可以选用4英寸或以下焦距的凸透镜。第二凸透镜需要将准直后的太赫兹汇聚到同一个凹透镜上，而凹透镜孔径有限，且需要分配给多个太赫兹源，因此第二个凸透镜需要较长的焦距来实现较小的汇聚角度，一般设计在6英寸及以上。

其中，在实施例中，第二透镜为凹透镜6，凹透镜6对光有发散作用。

其中，在实施例中，所述系统还包括：若干反射镜，若干平行波束依次经ITO玻璃、若干反射镜和离轴镜反射后射入探针获得若干散射信号；若干散射信号依次经过离轴镜、若干反射镜和ITO玻璃反射后射入第二透镜，反射镜个数可以根据实际应用进行调整，本实施例不进行限定，一般为2个，当为2个时分别是第一反射镜8和第二反射镜9，平行波束依次经ITO玻璃、第一反射镜、第二反射镜和离轴镜反射后射入探针获得若干散射信号；若干散射信号依次经过离轴镜、第二反射镜、第一反射镜和ITO玻璃反射后射入第二透镜，

其中，在实施例中，所述系统还包括可见光源，可见光源用于向ITO玻璃发射可见光，如图1所示，12为可见光的入射方向，可见光源可以是LED灯，也可以是其他可以发光的光源，可见光可以是红色、蓝色等易于观察的光色。所述系统还包括扩束镜，可见光源发出可见光经过扩束镜扩束后射入ITO玻璃。其中，可见光射入的是ITO玻璃背面，平行波束射入的是ITO玻璃。

其中，本实施例使用ITO玻璃的目的是：ITO玻璃具有几乎完全反射太赫兹，透过部分可见光的特性，因此太赫兹反射后可以与同时透过的可见光同轴，此时可见光可以对太赫兹起到指引作用，不同入射角度的太赫兹波可以通过平移可见光来分别进行指引。

其中，离轴镜能够对平行于抛物线对称轴入射的太赫兹波进行反射并汇聚，此处的作用是将多个太赫兹波同时汇聚到针尖处，引起针尖和样品产生和散射近场信号，同时对散射信号进行准直处理。

其中，在本实施例中，ITO导电玻璃是在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上，利用磁控溅射的方法镀上一层氧化铟锡(俗称ITO)膜加工制作成的。

其中，在实施例中，所述系统还包括定向耦合器，定向耦合器与太赫兹收发天线连接，由定向耦合器引导至其他波导出口进行检测。所述系统还包括检测仪，检测仪与定向耦合器连接。检测仪的类型可以根据实际的检测内容和项目进行相应的配置，本实施例不对检测仪进行限定。

本实用新型提出利用太赫兹收发一体技术，并结合原子力显微成像技术以及多光束整合光路，实现了多个源的同时工作，丰富了太赫兹扫描近场成像的应用范围。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。