一种超衍射极限太赫兹聚焦器件制造技术

本发明专利技术公开了一种超衍射极限太赫兹聚焦器件，属于太赫兹成像技术领域中的太赫兹聚焦器件，其目的在于提供一种可对生物组织等样品成像达到亚波长水平的空间分辨率的超衍射极限太赫兹聚焦器件。其包括上层图形化金属层和下层太赫兹高透材料衬底；所述上层图形化金属层包括可透过太赫兹辐射的圆环或可透过太赫兹辐射的圆盘。本发明专利技术适用于对生物组织等样品进行成像的太赫兹聚焦器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太赫兹成像
，涉及一种太赫兹聚焦器件。
技术介绍
太赫兹(THz，1THz＝1012Hz)辐射或太赫兹波通常指频率在0.1THz至10THz之间的电磁波，在电磁波谱中位于微波和红外光波之间，是电磁波谱中有待进行全面研究和深入挖掘的最后一个频率窗口。太赫兹波与其他波段的电磁辐射一样可以用来对物体成像，而且根据太赫兹的大多物质在太赫兹波段都可有指纹谱等特性，使太赫兹成像相比其他成像具有其独特的技术优势。太赫兹成像技术以其独特的光谱特性和穿透性，在物理、化学、生物医学、安检等领域都显示出巨大的科研价值和应用前景，尤其是太赫兹辐射频率在多数大分子振动、转动能级附近，因此太赫兹成像技术在生物大分子、生物医学等方面格外引人注意。然而，太赫兹波的波长较长(例如1THz波长为0.3mm)，采用一般的成像技术不易直接观察样品的细微结构；此外，根据瑞利判据，太赫兹波受衍射效应的限制，一般太赫兹成像技术的空间分辨率很难突破衍射极限达到亚波长水平，由此限制了太赫兹波成像技术的进一步应用。要提高太赫兹成像系统的空间分辨率，目前可行的途径之一是采用太赫兹近场成像技术，其原理是利用太赫兹倏逝波来突破衍射极限。但太赫兹倏逝波的强度随其传播距离的增加呈指数式衰减，传播距离只在一个波长以内，导致太赫兹近场成像信号无法直接实现远场探测；另外，太赫兹近场成像要求被测样品紧贴成像系统探针，这对成像系统扫描控制精度、样品制备等方面提出较高的要求。因此，太赫兹近场成像技术的应用范围非常有限。为了获得远场探测条件下的太赫兹超衍射极限成像分辨率，近几年人们在成像系统设计和功能材料研究方面也做了一些尝试。例如，申请号为201320594920.1的技术专利公开了一种太赫兹波远场探测超衍射分辨成像仪。但相比于太赫兹近场成像，太赫兹远场超衍射极限成像目前公开的学术或专利成果仍十分有限，其重要原因之一是缺乏太赫兹远场超衍射极限器件的研究。本专利技术提出一种超衍射极限太赫兹聚焦器件，能够实现远场太赫兹辐射超衍射极限聚焦，从而解决传统远场太赫兹成像中难以突破衍射极限达到亚波长空间分辨率的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种可对生物组织等样品成像达到亚波长水平的空间分辨率的超衍射极限太赫兹聚焦器件。本专利技术采用的技术方案如下：一种超衍射极限太赫兹聚焦器件，其包括上层图形化金属层和下层太赫兹高透材料衬底；所述上层图形化金属层包括可透过太赫兹辐射的圆环或可透过太赫兹辐射的圆盘。其中，所述圆环为多个可透过太赫兹辐射的同心圆环，所述同心圆环的数量为1至10000个，最外层圆环的内半径不大于1000000μm，最内层圆环的外半径不低于5μm，最外层圆环的外半径不大于1000000μm。其中，每个圆环的宽度不低于5μm。其中，同心圆环数≥2时，相邻两个同心圆环之间的宽度不低于5μm。其中，所述最内层圆环内设有可透过太赫兹辐射的圆盘，该圆盘半径不小于5μm。其中，所述上层图形化金属层的金属材料的电导率大于105S/m，所述上层图形化金属层的厚度为0.01μm至20μm。其中，所述下层太赫兹高透材料衬底为介电常数大于2的电介质，所述下层太赫兹高透材料衬底的厚度为0.1μm至100000μm。其中，所述太赫兹的频率范围为0.1THz至10THz。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术中，该太赫兹聚焦器件包括上层图形化金属层和下层太赫兹高透材料衬底，使太赫兹聚焦器件的结构简单；上层图形化金属层材料可以选用常见金属，无论采用何种沉积方法，只要不破坏衬底材料即可，沉积所得到的连续金属薄膜可采用成熟的微细加工技术(如光刻或电子束刻蚀)或其它薄膜加工技术来获得带同心圆环结构的薄膜，并且对微细加工工艺的加工精度要求不高，器件的生产工序简单、工艺难度低、制备成本低；通过在上层图形化金属层上设置同心圆环结构，在对生物组织等样品进行成像时太赫兹辐射透过同心圆环结构之后形成亚波长量级聚焦光斑，使由采用该太赫兹聚焦器件的太赫兹成像系统对生物组织等样品成像时能够达到亚波长水平的空间分辨率，且由于非焦斑区域的信号影响小，还能够获得信噪比、对比度高的成像质量。附图说明图1为本专利技术实施例一中的超衍射极限太赫兹聚焦器件示意图；图2为本专利技术实施例一中的超衍射极限太赫兹聚焦器件过同心环中心的XZ面的电场强度分布图；图3为本专利技术实施例一中的超衍射极限太赫兹聚焦器件在z＝2615μm处的XY面上的电场功率分布二维图；图4为本专利技术实施例一中的超衍射极限太赫兹聚焦器件在z＝2615μm处的XY面上的电场功率分布三维图；图5为本专利技术实施例一中的超衍射极限太赫兹聚焦器件在z＝2615μm处的焦斑在X轴方向上的电场功率分布曲线(该曲线过电场功率极大值点)；图6为本专利技术实施例一中的超衍射极限太赫兹聚焦器件在z＝2615μm处的焦斑在Y轴方向上的电场功率分布曲线(该曲线过电场功率极大值点)；图7为本专利技术实施例二中的超衍射极限太赫兹聚焦器件在z＝2545μm处的焦斑在Y轴方向上的电场功率分布曲线(该曲线过电场功率极大值点)；图8为本专利技术实施例二中的超衍射极限太赫兹聚焦器件在z＝2545μm处的焦斑在Y轴方向上的电场功率分布曲线(该曲线过电场功率极大值点)。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种超衍射极限太赫兹聚焦器件，其包括上层图形化金属层和下层太赫兹高透材料衬底。该上层图形化金属层包括圆环或圆盘，可通过光刻、电子束刻蚀等薄膜加工技术在上层图形化金属层上去除掉对应位置的金属形成圆环或圆盘结构，使太赫兹辐射可通过圆环或圆盘透过上层图形化金属层上的金属层。上层图形化金属层的圆环设置为多个可透过太赫兹辐射的同心圆环，且同心圆环的数量为1至10000个。其中，最外层圆环的内半径不大于1000000μm，最内层圆环的外半径不低于5μm，最外层圆环的外半径不大于1000000μm。每个圆环的宽度(即该圆环内半径与外半径之差)不低于5um。当同心圆环数≥2时，相邻两个圆环之间的宽度(即小尺寸圆环的外半径与相邻的大尺寸圆环内半径之差)不低于5um。在最内层圆环以内的区域可全部设置为不可透过太赫兹辐射的区域，在最内层圆环以内的区域也可设置有可透过太赫兹辐射的区域。该上层图形化金属层的厚度为0.01μm至20μm，上层图形化金属层材料可以选用常见金属，金属材料电导率大于105S/m即可。对该超衍射极限太赫兹聚焦器件的实际工艺制备流程中，形成上层图形化金属层之前需要先沉积一层连续金属膜(厚度为0.01μm至20μm)，沉积方法无严格限制(只要沉积方法不破坏衬底材料即可)，沉积得到连续金属薄膜之后可采用成熟的微细加工技术如(光刻或电子束刻蚀)或者其它薄膜加工技术来加工得到上层图形化金属层。下层太赫兹高透材料衬底为介电常数大于的电介质，且下层太赫兹高透材料衬底的厚度为0.1μm至100000μm。对材料无特殊要求，只需要与上层图形化金属层的加工工艺兼容，对太赫兹辐射具有较高的透过率。该太赫兹聚焦器件可适用的太赫兹的频率范围为0.1THz至10THz。实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超衍射极限太赫兹聚焦器件，其特征在于：包括上层图形化金属层和下层太赫兹高透材料衬底；所述上层图形化金属层包括可透过太赫兹辐射的圆环或可透过太赫兹辐射的圆盘。

【技术特征摘要】
1.一种超衍射极限太赫兹聚焦器件，其特征在于：包括上层图形化金属层和下层太赫兹高透材料衬底；所述上层图形化金属层包括可透过太赫兹辐射的圆环或可透过太赫兹辐射的圆盘。2.如权利要求1所述的一种超衍射极限太赫兹聚焦器件，其特征在于：所述圆环为多个可透过太赫兹辐射的同心圆环，所述同心圆环的数量为1至10000个，最外层圆环的内半径不大于1000000μm，最内层圆环的外半径不低于5μm，最外层圆环的外半径不大于1000000μm。3.如权利要求2所述的一种超衍射极限太赫兹聚焦器件，其特征在于：每个圆环的宽度不低于5μm。4.如权利要求2或3所述的一种超衍射极限太赫兹聚焦器件，其特征在于：同心圆环数≥2时，相邻两个同心圆环...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗振飞，李赜宇，李磊，孔维鹏，王度，秦瑀，严强，张庆伟，周逊，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川;51