太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著1'取(了6^1^^2，太赫茲)源與探測器的不斷發(fā)展，1'取探測技術(shù)也向著更快，更準，更實用的目標邁進。THz頻段覆蓋的頻率范圍為10GHz (0.1THz)?1THz，對應(yīng)波長范圍為3mm?30um，光子能量范圍為0.4meV?40meV，因此，THz波不會對生物組織或細胞造成輻射傷害，相較于高能量的X射線，THz波更加安全;與毫米波微波比較而言，由于THz波波長更短，使其在眾多的THz感測研究和應(yīng)用中可獲得更高的精準度，所以THz波被廣泛用于生物醫(yī)學(xué)成像，材料特性表征和產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控等領(lǐng)域。
[0003]目前THz頻段的探測器主要沿用中紅外探測器，而此類探測器應(yīng)用范圍基本為遠場探測，根據(jù)瑞利判據(jù)可知，遠場成像系統(tǒng)均受到光學(xué)衍射效應(yīng)的影響，存在一個極限分辨距離d:
[0004]d = 1.22 X Af/D (I)
[0005]其中λ為波長，f為等效透鏡焦距，D為等效透鏡直徑，由公式I可知，對于普通遠場測試系統(tǒng)而言，極限分辨距離在I個波長量級，以3THz為例，并假設(shè)f/D= I，則極限分辨距離(d)約為1_，能夠滿足一般探測及成像要求，但對于更加精細的觀測而言，遠場探測則無法滿足。近場探測技術(shù)應(yīng)運而生，近場探測最主要的特點即是可以獲取更高的精度和分辨率。因為從物體上輻射出(主動或被動)的電磁波信號均包含衰逝波(即近場信號)和傳輸波(即遠場信號)兩部分，衰逝波包含了被測目標的高頻和亞波長信息，但衰逝波幅度在波矢方向上呈指數(shù)衰減規(guī)律，所以通常在一個或幾個波長范圍以外的位置無法探測到衰逝波信號，而只能檢測到傳輸波信號，所以探測精度和分辨率無法突破衍射極限限制。
[0006]常見的近場探測即指探測對象與探測器(或探針)距離在波長范圍以內(nèi)，從而可以對衰逝波(近場信號)和傳輸波同時進行提取，實現(xiàn)被測目標信息的‘完整’還原，從而使探測精度突破衍射極限限制，達到亞波長量級甚至更高。近場探測技術(shù)自身特點決定了探測系統(tǒng)及方法比常見的遠場探測更加精細與復(fù)雜，對THz頻段而言，目前廣泛使用的近場探測技術(shù)是由探針調(diào)制結(jié)合相干探測技術(shù)實現(xiàn)的，系統(tǒng)復(fù)雜且對被測物體表面形狀平整度有較高要求，實用性不廣，這在一定程度上限制了該技術(shù)的實際應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明提出了一種新型的THz近場信號轉(zhuǎn)換器，具備將被測物體近場信息(衰逝波)轉(zhuǎn)換為遠場信息(傳輸波)進行探測的功能。在保留原有測試精度的情況下，顯著降低測試系統(tǒng)的復(fù)雜程度，同時降低了對被測目標幾何外形的要求，拓展了測試對象范圍，有利于太赫茲探測技術(shù)及其光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的近場探測技術(shù)存在的系統(tǒng)復(fù)雜且對被測物體表面形狀平整度有較高要求，實用性不廣的問題。
[0009]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器，所述太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器包括:
[0010]近場耦合放大模塊，適于將被測樣品的太赫茲近場信號放大并轉(zhuǎn)換為傳輸波；
[0011 ]遠場傳輸模塊，適于將所述傳輸波收集并匯集至太赫茲探測器敏感元上進行探測。
[0012]作為本發(fā)明的太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器的一種優(yōu)選方案，所述近場耦合放大模塊包括:近場信號放大介質(zhì)層、信號耦合層及太赫茲棱鏡；
[0013]所述太赫茲棱鏡的一面為平面，另一面為凸面;所述近場信號放大介質(zhì)層貼置于所述太赫茲棱鏡的平面，所述信號耦合層貼置于所述近場信號放大介質(zhì)層遠離所述太赫茲棱鏡的表面。
[0014]作為本發(fā)明的太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器的一種優(yōu)選方案，所述近場信號放大介質(zhì)層的厚度為λ/12?λ/8，所述信號耦合層的厚度為λ/12?λ/8，其中，λ為太赫茲光的波長。
[0015]作為本發(fā)明的太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器的一種優(yōu)選方案，所述近場信號放大介質(zhì)層的端面及所述信號耦合層的端面的形狀均為圓形，且所述近場信號放大介質(zhì)層的端面及所述信號耦合層的端面的直徑相同，均大于或等于ΙΟΧλ，其中，λ為太赫茲光的波長。
[0016]作為本發(fā)明的太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器的一種優(yōu)選方案，所述太赫茲棱鏡的平面的形狀為圓形，且所述近場信號放大介質(zhì)層的端面及所述信號耦合層的端面的直徑為所述太赫茲棱鏡的平面的直徑的一半。
[0017]作為本發(fā)明的太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器的一種優(yōu)選方案，所述太赫茲棱鏡的材料的衰減系數(shù)小于或等于0.05mm—1，且所述太赫茲棱鏡的材料的折射率與所述太赫茲近場信號及傳輸波相匹配。
[0018]作為本發(fā)明的太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器的一種優(yōu)選方案，所述遠場傳輸模塊包括第一平凸透鏡及第二平凸透鏡，所述第一平凸透鏡及所述第二平凸透鏡均一面為平面，另一面為凸面；
[0019]所述第一平凸透鏡與所述第二平凸透鏡平行排布，所述第一平凸透鏡的平面與所述第二平凸透鏡的平面相對設(shè)置，且所述第一平凸透鏡的平面及所述第二平凸透鏡的平面均與所述太赫茲棱鏡的平面相平行，所述第一平凸透鏡的軸向中心線與所述第二平凸透鏡的軸向中心線均與所述太赫茲棱鏡的軸向中心線相重合。
[0020]作為本發(fā)明的太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器的一種優(yōu)選方案，所述第一平凸透鏡的平面的直徑及所述第二平凸透鏡的平面的直徑與所述太赫茲棱鏡的平面的直徑相同。
[0021]作為本發(fā)明的太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器的一種優(yōu)選方案，所述太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器還包括距離調(diào)節(jié)裝置，所述距離調(diào)節(jié)裝置位于所述近場耦合放大模塊與所述遠場傳輸模塊之間，適于調(diào)節(jié)所述近場耦合放大模塊與所述遠場傳輸模塊的距離。
[0022]作為本發(fā)明的太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器的一種優(yōu)選方案，所述距離調(diào)節(jié)裝置包括:第一圓筒裝置及第二圓筒裝置；
[0023]所述第一圓筒裝置的外側(cè)設(shè)有外螺紋，所述第二圓筒裝置內(nèi)側(cè)設(shè)有與所述外螺紋相吻合的內(nèi)螺紋，所述第二圓筒裝置通過所述內(nèi)螺紋及所述外螺紋旋至于所述第一圓筒裝置的外圍；
[0024]所述近場耦合放大模塊位于所述第一圓筒裝置遠離所述第二圓筒裝置的一端，所述遠場傳輸模塊位于所述第二圓筒裝置遠離所述第一圓筒裝置的一端。
[0025]如上所述，本發(fā)明的太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器，具有以下有益效果:本發(fā)明太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器具備將太赫茲近場信號(即衰逝波)轉(zhuǎn)換為遠場信號(即傳輸波)的功能，使太赫茲近場信號可以被普通遠場探測器所探測，確保了近場信息不丟失，從而使測量結(jié)果精度和準確性得到改善;太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器的使用無需采用相干探測技術(shù)，降低了測試系統(tǒng)復(fù)雜程度，提高了近場技術(shù)的可操作性;信號耦合層的使用不僅保護了轉(zhuǎn)換器同時也提高了對被測樣品表面的適應(yīng)性;相比于傳統(tǒng)的近場相干探測方法，本發(fā)明有效的降低了測試系統(tǒng)的復(fù)雜度，顯著的提高了太赫茲近場信號探測的效率，對太赫茲光學(xué)測量技術(shù)的發(fā)展具有積極的推動作用。
【附圖說明】
[0026]圖1顯示為本發(fā)明的太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2顯示為本發(fā)明的太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器的工作原理示意圖。
[0028]元件標號說明
[0029]I 近場耦合放大模塊[°03°]11近場信號放大介質(zhì)層
[0031]12信號親合層
[0032]13太赫茲棱鏡
[0033]2 遠場傳輸模塊
[0034]21第一平凸透鏡
[0035]22第二平凸透鏡
[0036]3 距離調(diào)節(jié)裝置
[0037]31第一圓筒裝置
[0038]32第二圓筒裝置
[0039]33外螺紋
[0040]34內(nèi)螺紋[0041 ]4 太赫茲光源
[0042]5 被測樣品
[0043]6 太赫茲探測器
【具體實施方式】
[0044]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0045]請參閱圖1至圖2需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0046]請參閱圖1，本發(fā)明提供一種太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器，所述太赫茲近場信號轉(zhuǎn)換器包括:近場耦合放大模塊I及遠場傳輸模塊2，近場耦合放大模塊I適于將被測樣品的太赫茲近場信號放大并轉(zhuǎn)換為傳輸波(即遠場信號)；所述遠場傳輸模塊2適于將所述傳輸波收集并匯集至太赫茲探測器敏感元上進行探測。
[0047]作為示例，所述近場耦合放大模塊I包括:近場信號放大介質(zhì)層11、信號耦合層12及太赫茲棱鏡13;其中，所述太赫茲棱鏡13的一面為平面，另一面為凸面;所述近場信號放大介質(zhì)層11貼置于所述太赫茲棱鏡13的平面，所述信號耦合層12貼置于所述近場信號放大介質(zhì)層11遠離所述太赫茲棱鏡13的表面。
[0048]作為示例，所述近場信號放大介質(zhì)層11的材料可以為但不僅限于Ag(銀)；所述信號耦合層12的材料可以為但不僅限于甲基丙烯酸甲酯。
[0049]作為示例，所述近場信號放大介質(zhì)層11的厚度可以為λ/12?λ/8，優(yōu)選地，本實施例中，所述近場信號放大介質(zhì)層11的厚度為λ/10，所述信號耦合層12的厚度可以為λ/12?λ/8，優(yōu)選地，本實施例中，所述信號耦合層12的厚度為λ/9，其中，λ為太赫茲光的波長。需要說明的是，此處所述太赫茲光的波長即為照射到所述被測樣品表面的太赫茲光源的波長。
[0050]作為示例，所述近場信號放大介質(zhì)層11的端面及所述信號耦合層12的端面的形狀均為圓形，且所述近場信號放大介質(zhì)層11的端面及所述信號耦合層12的端面的直徑相同，均大于或等于ΙΟΧλ，以確保被探測區(qū)域近場信號被有效收集;其中，λ為太赫茲光的波長。
[0051]作為示例，所述太赫茲棱鏡13的平面的形狀為圓形，且所述近場信號放大介質(zhì)層11的端面及所述信號耦合層12的端面的直徑為所述太赫茲棱鏡13的平面的直徑的一半，以確保已轉(zhuǎn)換的具有不同發(fā)散角的太赫茲遠場信號被完整收集。
[0052]作為示例，，所述太赫茲棱鏡13的材料的衰減系數(shù)小于或等于0.05m