太赫兹近场信号转换器制造技术

本发明专利技术提供一种太赫兹近场信号转换器，所述太赫兹近场信号转换器包括：近场耦合放大模块，适于将被测样品的太赫兹近场信号放大并转换为传输波；远场传输模块，适于将传输波收集并汇集至太赫兹探测器敏感元上进行探测。本发明专利技术太赫兹近场信号转换器具备将太赫兹近场信号转换为远场信号的功能，使太赫兹近场信号可以被普通远场探测器所探测，确保了近场信息不丢失，从而使测量结果精度和准确性得到改善；太赫兹近场信号转换器的使用无需采用相干探测技术，降低了测试系统复杂程度，提高了近场技术的可操作性。

【技术实现步骤摘要】
太赫兹近场信号转换器
本专利技术属于光学应用
，特别是涉及一种太赫兹近场信号转换器。
技术介绍
近年来，随着THz(Terahertz，太赫兹)源与探测器的不断发展，THz探测技术也向着更快，更准，更实用的目标迈进。THz频段覆盖的频率范围为100GHz(0.1THz)～10THz，对应波长范围为3mm～30um，光子能量范围为0.4meV～40meV，因此，THz波不会对生物组织或细胞造成辐射伤害，相较于高能量的X射线，THz波更加安全；与毫米波微波比较而言，由于THz波波长更短，使其在众多的THz感测研究和应用中可获得更高的精准度，所以THz波被广泛用于生物医学成像，材料特性表征和产品质量监控等领域。目前THz频段的探测器主要沿用中红外探测器，而此类探测器应用范围基本为远场探测，根据瑞利判据可知，远场成像系统均受到光学衍射效应的影响，存在一个极限分辨距离d:d＝1.22×λf/D(1)其中λ为波长，f为等效透镜焦距，D为等效透镜直径，由公式1可知，对于普通远场测试系统而言，极限分辨距离在1个波长量级，以3THz为例，并假设f/D＝1，则极限分辨距离(d)约为1mm，能够满足一般探测及成像要求，但对于更加精细的观测而言，远场探测则无法满足。近场探测技术应运而生，近场探测最主要的特点即是可以获取更高的精度和分辨率。因为从物体上辐射出(主动或被动)的电磁波信号均包含衰逝波(即近场信号)和传输波(即远场信号)两部分，衰逝波包含了被测目标的高频和亚波长信息，但衰逝波幅度在波矢方向上呈指数衰减规律，所以通常在一个或几个波长范围以外的位置无法探测到衰逝波信号，而只能检测到传输波信号，所以探测精度和分辨率无法突破衍射极限限制。常见的近场探测即指探测对象与探测器(或探针)距离在波长范围以内，从而可以对衰逝波(近场信号)和传输波同时进行提取，实现被测目标信息的‘完整’还原，从而使探测精度突破衍射极限限制，达到亚波长量级甚至更高。近场探测技术自身特点决定了探测系统及方法比常见的远场探测更加精细与复杂，对THz频段而言，目前广泛使用的近场探测技术是由探针调制结合相干探测技术实现的，系统复杂且对被测物体表面形状平整度有较高要求，实用性不广，这在一定程度上限制了该技术的实际应用。本专利技术提出了一种新型的THz近场信号转换器，具备将被测物体近场信息(衰逝波)转换为远场信息(传输波)进行探测的功能。在保留原有测试精度的情况下，显著降低测试系统的复杂程度，同时降低了对被测目标几何外形的要求，拓展了测试对象范围，有利于太赫兹探测技术及其光学系统的应用与发展。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种太赫兹近场信号转换器，用于解决现有技术中的近场探测技术存在的系统复杂且对被测物体表面形状平整度有较高要求，实用性不广的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种太赫兹近场信号转换器，所述太赫兹近场信号转换器包括：近场耦合放大模块，适于将被测样品的太赫兹近场信号放大并转换为传输波；远场传输模块，适于将所述传输波收集并汇集至太赫兹探测器敏感元上进行探测。作为本专利技术的太赫兹近场信号转换器的一种优选方案，所述近场耦合放大模块包括：近场信号放大介质层、信号耦合层及太赫兹棱镜；所述太赫兹棱镜的一面为平面，另一面为凸面；所述近场信号放大介质层贴置于所述太赫兹棱镜的平面，所述信号耦合层贴置于所述近场信号放大介质层远离所述太赫兹棱镜的表面。作为本专利技术的太赫兹近场信号转换器的一种优选方案，所述近场信号放大介质层的厚度为λ/12～λ/8，所述信号耦合层的厚度为λ/12～λ/8，其中，λ为太赫兹光的波长。作为本专利技术的太赫兹近场信号转换器的一种优选方案，所述近场信号放大介质层的端面及所述信号耦合层的端面的形状均为圆形，且所述近场信号放大介质层的端面及所述信号耦合层的端面的直径相同，均大于或等于10×λ，其中，λ为太赫兹光的波长。作为本专利技术的太赫兹近场信号转换器的一种优选方案，所述太赫兹棱镜的平面的形状为圆形，且所述近场信号放大介质层的端面及所述信号耦合层的端面的直径为所述太赫兹棱镜的平面的直径的一半。作为本专利技术的太赫兹近场信号转换器的一种优选方案，所述太赫兹棱镜的材料的衰减系数小于或等于0.05mm-1，且所述太赫兹棱镜的材料的折射率与所述太赫兹近场信号及传输波相匹配。作为本专利技术的太赫兹近场信号转换器的一种优选方案，所述远场传输模块包括第一平凸透镜及第二平凸透镜，所述第一平凸透镜及所述第二平凸透镜均一面为平面，另一面为凸面；所述第一平凸透镜与所述第二平凸透镜平行排布，所述第一平凸透镜的平面与所述第二平凸透镜的平面相对设置，且所述第一平凸透镜的平面及所述第二平凸透镜的平面均与所述太赫兹棱镜的平面相平行，所述第一平凸透镜的轴向中心线与所述第二平凸透镜的轴向中心线均与所述太赫兹棱镜的轴向中心线相重合。作为本专利技术的太赫兹近场信号转换器的一种优选方案，所述第一平凸透镜的平面的直径及所述第二平凸透镜的平面的直径与所述太赫兹棱镜的平面的直径相同。作为本专利技术的太赫兹近场信号转换器的一种优选方案，所述太赫兹近场信号转换器还包括距离调节装置，所述距离调节装置位于所述近场耦合放大模块与所述远场传输模块之间，适于调节所述近场耦合放大模块与所述远场传输模块的距离。作为本专利技术的太赫兹近场信号转换器的一种优选方案，所述距离调节装置包括：第一圆筒装置及第二圆筒装置；所述第一圆筒装置的外侧设有外螺纹，所述第二圆筒装置内侧设有与所述外螺纹相吻合的内螺纹，所述第二圆筒装置通过所述内螺纹及所述外螺纹旋至于所述第一圆筒装置的外围；所述近场耦合放大模块位于所述第一圆筒装置远离所述第二圆筒装置的一端，所述远场传输模块位于所述第二圆筒装置远离所述第一圆筒装置的一端。如上所述，本专利技术的太赫兹近场信号转换器，具有以下有益效果：本专利技术太赫兹近场信号转换器具备将太赫兹近场信号(即衰逝波)转换为远场信号(即传输波)的功能，使太赫兹近场信号可以被普通远场探测器所探测，确保了近场信息不丢失，从而使测量结果精度和准确性得到改善；太赫兹近场信号转换器的使用无需采用相干探测技术，降低了测试系统复杂程度，提高了近场技术的可操作性；信号耦合层的使用不仅保护了转换器同时也提高了对被测样品表面的适应性；相比于传统的近场相干探测方法，本专利技术有效的降低了测试系统的复杂度，显著的提高了太赫兹近场信号探测的效率，对太赫兹光学测量技术的发展具有积极的推动作用。附图说明图1显示为本专利技术的太赫兹近场信号转换器的结构示意图。图2显示为本专利技术的太赫兹近场信号转换器的工作原理示意图。元件标号说明1近场耦合放大模块11近场信号放大介质层12信号耦合层13太赫兹棱镜2远场传输模块21第一平凸透镜22第二平凸透镜3距离调节装置31第一圆筒装置32第二圆筒装置33外螺纹34内螺纹4太赫兹光源5被测样品6太赫兹探测器具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图2需要说明的是，本实施例中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹近场信号转换器，其特征在于，所述太赫兹近场信号转换器包括：近场耦合放大模块，适于将被测样品的太赫兹近场信号放大并转换为传输波；所述近场耦合放大模块包括：近场信号放大介质层、信号耦合层及太赫兹棱镜；所述太赫兹棱镜的一面为平面，另一面为凸面；所述近场信号放大介质层贴置于所述太赫兹棱镜的平面，所述信号耦合层贴置于所述近场信号放大介质层远离所述太赫兹棱镜的表面；远场传输模块，适于将所述传输波收集并汇集至太赫兹探测器敏感元上进行探测；所述远场传输模块包括第一平凸透镜及第二平凸透镜，所述第一平凸透镜及所述第二平凸透镜均一面为平面，另一面为凸面；所述第一平凸透镜与所述第二平凸透镜平行排布，所述第一平凸透镜的平面与所述第二平凸透镜的平面相对设置，且所述第一平凸透镜的平面及所述第二平凸透镜的平面均与所述太赫兹棱镜的平面相平行，所述第一平凸透镜的轴向中心线与所述第二平凸透镜的轴向中心线均与所述太赫兹棱镜的轴向中心线相重合。

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹近场信号转换器，其特征在于，所述太赫兹近场信号转换器包括：近场耦合放大模块，适于将被测样品的太赫兹近场信号放大并转换为传输波；所述近场耦合放大模块包括：近场信号放大介质层、信号耦合层及太赫兹棱镜；所述太赫兹棱镜的一面为平面，另一面为凸面；所述近场信号放大介质层贴置于所述太赫兹棱镜的平面，所述信号耦合层贴置于所述近场信号放大介质层远离所述太赫兹棱镜的表面；远场传输模块，适于将所述传输波收集并汇集至太赫兹探测器敏感元上进行探测；所述远场传输模块包括第一平凸透镜及第二平凸透镜，所述第一平凸透镜及所述第二平凸透镜均一面为平面，另一面为凸面；所述第一平凸透镜与所述第二平凸透镜平行排布，所述第一平凸透镜的平面与所述第二平凸透镜的平面相对设置，且所述第一平凸透镜的平面及所述第二平凸透镜的平面均与所述太赫兹棱镜的平面相平行，所述第一平凸透镜的轴向中心线与所述第二平凸透镜的轴向中心线均与所述太赫兹棱镜的轴向中心线相重合。2.根据权利要求1所述的太赫兹近场信号转换器，其特征在于：所述近场信号放大介质层的厚度为λ/12～λ/8，所述信号耦合层的厚度为λ/12～λ/8，其中，λ为太赫兹光的波长。3.根据权利要求1所述的太赫兹近场信号转换器，其特征在于：所述近场信号放大介质层的端面及所述信号耦合层的端面的形状均为圆形，且所述近场信号放大介质层的端面及所述信号耦合层的端面的直径相同，均大...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，曹俊诚，黎华，张戎，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31