本实用新型专利技术公开了一种基于双模式的太赫兹波高灵敏度成像装置，包括：反射窗口及全反射棱镜，用于反射成像模式和全反射成像模式的快速切换；太赫兹波经过平面反射镜的反射被第一离轴抛物面镜接收并聚焦入射到反射窗口(或全反射棱镜)表面上；样品放置在反射窗口(或全反射棱镜)的底面；携带样品信息的太赫兹波经反射窗口(或全反射棱镜)反射被第二离轴抛物面镜接收；携带样品信息的太赫兹波经第二离轴抛物面镜接收后被第三离轴抛物面镜接收并聚焦入太赫兹波探测器。
A high sensitivity terahertz imaging device based on two modes
【技术实现步骤摘要】
一种基于双模式的太赫兹波高灵敏度成像装置
本技术用于太赫兹波成像领域，成像系统将反射和全反射两种成像模式，紧凑的结合在一起并实现两者的快速切换，即一种太赫兹波双模式高灵敏度成像装置。
技术介绍
太赫兹波是指位于微波与红外波之间的电磁波，其频率为0.1～10THz，相应波长为0.03mm～3mm。因太赫兹波处于宏观向微观过渡的区域，其具有宽带性、低能性、指纹特性等独特的优势，这使得太赫兹波成像技术在成像、安全检测等领域有极大的应用前景。目前，常见的太赫兹波成像方式主要包括：透射式、反射式和衰减全反射式成像。透射式成像具有较高的灵敏度，操作简单。但由于太赫兹波对极性分子(如水分子)的吸收较大，对于含水量较大的生物组织需要将样品进行切片，样品制作复杂。反射式成像通常可保整样品的完整性，其不仅可实现生物样品表面的检测且可以实现生物组织深层次检测，目前已报道可实现皮下1200微米处组织的检测。然而，反射式成像的灵敏度与分辨率较差，且对样品表面的平整度要求较严格，因为样品表面通常粗糙不仅产生漫反射且因此减弱信号光，这不利于样品信息的获取。通常，太赫兹反射式成像采用对可见光透明的石英窗口紧贴并压平样本，该方法一方面可以清楚的观察到样品的成像区域并检查样品是否与窗口紧密贴合，另一方面，可以有效减小样品表面的漫反射。衰减全反射成像的原理是当光从光密介质入射到光疏介质时，入射角大于临界角，则在光入射的表面产生倏逝波，利用倏逝波与样品相互作用获得样品信息。该方法具有很高的成像灵敏度，但对含水量较大的样品其穿透深度仅为几十微米。另外，由于全反射棱镜通常采用对可见光不透明的高阻硅材料，在活体成像过程中不仅无法直接观察到扫描位置且无法确保样品是否与棱镜紧密接触，导致实验时间与样品破坏可能性的增加。综上可知，在太赫兹成像过程中，现在急需一种既具有高的成像灵敏度，不破坏样品完整性，又可减少扫描时间和尽可能多的获得样品信息的成像方式或实验装置。
技术实现思路
本技术提供了一种基于双模式的太赫兹波高灵敏度成像装置，本技术将反射式和全反射式成像紧凑的结合在一套成像装置中，通过具有透明窗口的反射式成像获得样品的重点检测区域，再通过灵敏度较高的全反射成像获得样品的详细细节信息，两种成像方式只需要更换石英窗口与全反射棱镜，其他元器件保持不动，详见下文描述：一种基于双模式的高灵敏度太赫兹波成像装置，包括：太赫兹波平面反射镜、第一太赫兹离轴抛物面镜、第二太赫兹离轴抛物面镜与第三太赫兹离轴抛物面镜依次设置在太赫兹波的出射光路上；反射成像窗口及全反射成像棱镜的底面被置于第一太赫兹离轴抛物面镜和第二太赫兹离轴抛物面镜的水平焦平面上；透过反射成像窗口的入射太赫兹波入射到样品，携带样品信息的太赫兹波再次经过反射成像窗口后被第二太赫兹波离轴抛物面镜聚焦并接收，获得反射成像；太赫兹波经第一太赫兹离轴抛物面镜聚焦后入射到全反射成像棱镜的一个侧面上，太赫兹波在垂直全反射成像棱镜底面的方向产生倏逝波；倏逝波垂直入射到样品，携带样品信息的太赫兹波在全反射成像棱镜的另一个侧面出射，出射后的太赫兹波被第二太赫兹离轴抛物面镜收集并接收，并通过太赫兹波平面反射镜反射，入射到太赫兹探测器，以获得样品的全反射成像结果。本技术提供的技术方案的有益效果是：1、本技术将反射和全反射模式紧凑的结合在一个装置中，相比于仅反射成像，因全反射成像采用折射率较大的高阻硅棱镜，提高了成像分辨率，具有较高的检测灵敏度；2、本技术相比于仅全反射成像，因反射模式可以观察到样品检测区域，可以为全反射成像提供精细的检测区域，节约全反射成像扫描时间。3、本技术具有装置简易、扫描时间短、灵敏度高的优点。附图说明图1为基于双模式的高灵敏度太赫兹波成像装置示意图；图2为在反射成像中，太赫兹波以不同角度入射时的反射和透射系数曲线；图3为在全反射成像中，太赫兹波以不同角度入射时的反射率曲线；图4为成像物体实物图；图5为太赫兹反射式成像图；图6为太赫兹全反射成像图。附件中，各部件表示的列表如下：1：太赫兹源；2：太赫兹波平面反射镜；3：第一太赫兹波离轴抛物面镜；4：反射成像窗口；5：样品(即待测样品)；6：第二太赫兹波离轴抛物面镜；7：第三太赫兹波离轴抛物面镜；8：太赫兹波探测器；9：全反射棱镜。其中，第一太赫兹波离轴抛物面镜3和第二太赫兹波离轴抛物面镜6的型号相同。反射窗口4和全反射棱镜9的材料为对太赫兹波高透的材料。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1参见图1，一种基于双模式的高灵敏度太赫兹波成像装置，所述装置包括：太赫兹源1，用于反射太赫兹波的太赫兹波平面反射镜2，用于太赫兹波聚焦的第一太赫兹波离轴抛物面镜3，反射成像窗口4，待测物体5，用于收集太赫兹波的第二太赫兹波离轴抛物面镜6，用于聚焦太赫兹波的第三太赫兹波离轴抛物面镜7，用于太赫兹波探测的太赫兹波探测器8和全反射成像棱镜9。太赫兹波平面反射镜2、第一太赫兹离轴抛物面镜3、第二太赫兹离轴抛物面镜6与第三太赫兹离轴抛物面镜7依次设置在太赫兹波的出射光路上。其中，第一太赫兹波离轴抛物面镜3和第二太赫兹波离轴抛物面镜6的型号相同，反射成像窗口4及全反射成像棱镜9的底面被置于第一太赫兹离轴抛物面镜3和第二太赫兹离轴抛物面镜6的水平焦平面上。反射成像窗口4的材料对太赫兹波高透，例如：石英。具体实现时，太赫兹源1产生太赫兹波输出，太赫兹波经第一太赫兹波离轴抛物面镜3聚焦后以一定的角度入射到反射成像窗口4，透过反射成像窗口4的入射太赫兹波入射到样品5。入射太赫兹波经样品5反射后，携带样品信息的太赫兹波再次经过反射成像窗口4后被第二太赫兹波离轴抛物面镜6聚焦并接收，获得反射成像。通过反射成像后，获得样品5的大概图像及样品成像区域，然后将反射成像窗口4替换成全反射成像棱镜9。太赫兹波经第一太赫兹离轴抛物面镜3聚焦后以一定的角度，入射到全反射成像棱镜9的一个侧面上，太赫兹波在垂直全反射成像棱镜9底面的方向产生倏逝波，倏逝波垂直入射到样品5进行相互作用，携带样品5信息的太赫兹波在全反射成像棱镜9的另一个侧面出射，出射后的太赫兹波被第二太赫兹离轴抛物面镜6收集并接收，并通过太赫兹波平面反射镜2反射，入射到太赫兹探测器8，以获得样品5的全反射成像结果(获得样品的详细信息)。其中，全反射成像棱镜9是在不改变反射成像装置中的任何装置参数，通过将反射成像窗口4替换成全反射成像棱镜9；该全反射成像棱镜9是通过理论计算获得用于全反射成像的最佳棱镜参数；该全反射棱镜材料必须选用太赫兹波吸收较小的材料，且其折射率要比检测样品折射率高以实现全反射成像；该全反射成像棱镜9与样品5的接触面，设置在与反射成像窗口4相同的位置。将样品的待检测面与所述的成像反射窗口紧密接触，通过反射成像获得样品的大致区域，将反射成像窗口4替换成全反射成像棱镜9，是在不改变反射成像的任何实验装置的基础上替换。反射成像窗口4为对太赫兹波高透的材料(全反射成像棱镜为对太赫兹高透的等腰三棱镜，其固定于二维扫描平台上，用于放置待测成像样品5。进一步地，太赫兹源1为连续或脉冲太赫兹辐射源。太赫兹波平面反射镜2、第一太赫兹反射离本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于双模式的高灵敏度太赫兹波成像装置，其特征在于，太赫兹波平面反射镜、第一太赫兹离轴抛物面镜、第二太赫兹离轴抛物面镜与第三太赫兹离轴抛物面镜依次设置在太赫兹波的出射光路上；反射成像窗口及全反射成像棱镜的底面被置于第一太赫兹离轴抛物面镜和第二太赫兹离轴抛物面镜的水平焦平面上；透过反射成像窗口的入射太赫兹波入射到样品，携带样品信息的太赫兹波再次经过反射成像窗口后被第二太赫兹波离轴抛物面镜聚焦并接收，获得反射成像；太赫兹波经第一太赫兹离轴抛物面镜聚焦后入射到全反射成像棱镜的一个侧面上，太赫兹波在垂直全反射成像棱镜底面的方向产生倏逝波；倏逝波垂直入射到样品，携带样品信息的太赫兹波在全反射成像棱镜的另一个侧面出射，出射后的太赫兹波被第二太赫兹离轴抛物面镜收集并接收，并通过太赫兹波平面反射镜反射，入射到太赫兹探测器，以获得样品的全反射成像结果。
【技术特征摘要】
1.一种基于双模式的高灵敏度太赫兹波成像装置，其特征在于，太赫兹波平面反射镜、第一太赫兹离轴抛物面镜、第二太赫兹离轴抛物面镜与第三太赫兹离轴抛物面镜依次设置在太赫兹波的出射光路上；反射成像窗口及全反射成像棱镜的底面被置于第一太赫兹离轴抛物面镜和第二太赫兹离轴抛物面镜的水平焦平面上；透过反射成像窗口的入射太赫兹波入射到样品，携带样品信息的太赫兹波再次经过反射成像窗口后被第二太赫兹波离轴抛物面镜聚焦并接收，获得反射成像；太赫兹波经第一太赫兹离轴抛物面镜聚焦后入射到全反射成像棱镜的一个侧面上，太赫兹波在垂直全反射成像棱镜底面的方向产生倏逝波；倏逝波垂直入射到样品，携带样品信息的太赫兹波在全反射成像棱镜的另一个侧面出射...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐德刚，武丽敏，王与烨，姚建铨，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12
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