一种全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置与方法。该装置包括：时分复用激励源，所述时分复用激励源分别与太赫兹收发模块和锁相放大器连接，所述锁相放大器分别与振荡源、数据采集模块连接，所述振荡源与压电体连接，所述压电体与纳米探针连接；所述时分复用激励源包括频率参考单元，所述频率参考单元分别与第一宽带扫频源、第二宽带扫频源连接，所述第一宽带扫频源与第一放大器连接，所述第二宽带扫频源与第二放大器连接，所述第一放大器、第二放大器均与电子开关连接。

【技术实现步骤摘要】
一种全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置与方法
本专利技术属于太赫兹近场图谱
，具体涉及一种全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置与方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。目前绝大部分的太赫兹测试系统多是远场系统，最典型的代表是太赫兹时域光谱系统，成像方面：受瑞利衍射极限的约束，系统最佳分辨率不优于二分之一个波长，即太赫兹波段内的远场系统只能获得大量分子的群体响应，其理论最佳分辨率只能到百十微米级；谱分析方面：太赫兹信号频率分辨率通常为GHz至数百GHz量级，无法实现赫兹量级分辨率的太赫兹特征谱线的精细化分析。中国专利技术专利申请201810970798.0公开一种基于射频电子学方法的散射式太赫兹近场显微镜，不难发现此专利技术仅仅是利用太赫兹点频连续波实现近场显微成像，并不具备太赫兹近场谱检测功能，更无法实现超宽带太赫兹图谱融合，并且消逝场局域增强特性受制于纳米探针长度与波长关系，通常为1/2波长整数倍长度的大长径比纳米探针，对长波长的太赫兹波，如0.1THz频段太赫兹波(波长为3mm)，为了得到较强的局域增强效果，纳米探针长度应为1.5mm左右，长径比过大，加工难度极大，难以控制，单频点成像质量较差。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置与方法，本专利技术可以实现太赫兹近场谱与超分辨率图像的有效融合。根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一个方面提供一种全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置。一种全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置，包括：时分复用激励源，所述时分复用激励源分别与太赫兹收发模块和锁相放大器连接，所述锁相放大器分别与振荡源、数据采集模块连接，所述振荡源与压电体连接，所述压电体与纳米探针连接；所述时分复用激励源包括频率参考单元，所述频率参考单元分别与第一宽带扫频源、第二宽带扫频源连接，所述第一宽带扫频源与第一放大器连接，所述第二宽带扫频源与第二放大器连接，所述第一放大器、第二放大器均与电子开关连接。进一步的，所述太赫兹收发模块包括第一倍频器和功率分配器，所述第一倍频器与第二倍频器连接，所述第二倍频器与双定向耦合器连接，所述双定向耦合器分别与第一谐波混频器、第二谐波混频器连接，所述第一谐波混频器与第三倍频器连接，所述第三倍频器与功率分配器连接，所述功率分配器与第四倍频器连接，所述第四倍频器与第二谐波混频器连接，所述第一谐波混频器、第二谐波混频器均与混频器连接。进一步的，所述混频器与锁相放大器连接。进一步的，所述第一放大器通过电子开关与第一倍频器连接，所述第二放大器通过电子开关与功率分配器连接。进一步的，还包括三维控制台，纳米探针和待测样品均放置在三维控制台上。进一步的，太赫兹收发模块连续辐射太赫兹波并接收由纳米探针局域增强且被调制的消逝信号；经过锁相放大与高阶解调得到待测样品某一位置出消逝信号的幅度与相位信息；纳米探针遍历待测样品，得到待测样品消逝信号的幅度矩阵与相位矩阵。进一步的，所述数据采集模块与服务器连接，服务器用于根据待测样品消逝信号的幅度矩阵与相位矩阵，得到所有频率下待测样品的太赫兹近场谱与太赫兹近场图像，得到太赫兹近场谱与太赫兹近场图像融合后的图像。进一步的，太赫兹收发模块通过超宽带太赫兹天线将太赫兹收发模块中倍频链路产生的超宽带太赫兹信号辐射至自由空间中，镜面组合模块将超宽带太赫兹波束紧聚焦后在纳米探针的针尖处紧耦合。本专利技术的第二个方面提供一种全电子学的太赫兹近场图谱综合测试方法。一种全电子学的太赫兹近场图谱综合测试方法，采用上述如第一个方面所述的全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置，包括：压电体控制纳米探针做固定频率与幅度的周期性振动；太赫兹收发模块连续辐射太赫兹波并接收由纳米探针局域增强且被调制的消逝信号；经过锁相放大与高阶解调得到待测样品某一位置处消逝信号的幅度与相位信息；三维扫描控制台控制纳米探针遍历待测样品，得到待测样品消逝信号的幅度矩阵与相位矩阵；根据待测样品消逝信号的幅度矩阵与相位矩阵，采用太赫兹近场谱估计算法，得到待测样品的太赫兹近场谱；根据待测样品消逝信号的幅度矩阵与相位矩阵，采用太赫兹近场成像算法，得到待测样品的太赫兹近场图像；将待测样品的太赫兹近场谱与待测样品的太赫兹近场图像进行融合，得到融合后的图像。本专利技术的第三个方面提供一种全电子学的太赫兹近场图谱综合测试方法。一种全电子学的太赫兹近场图谱综合测试方法，采用上述如第一个方面所述的全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置，包括：获取待测样品消逝信号的幅度矩阵与相位矩阵；在特定的频率下，根据待测样品消逝信号的幅度矩阵与相位矩阵，采用太赫兹近场谱估计算法，得到待测样品在此频率下的太赫兹近场谱；在特定的频率下，根据待测样品消逝信号的幅度矩阵与相位矩阵，采用太赫兹近场成像算法，得到待测样品在此频率下的太赫兹近场图像；分别得到60GHz扫频带宽内特定间隔下所有频率下待测样品的太赫兹近场谱与太赫兹近场图像，采用基于多信息源的信息融合算法，将所有频率下待测样品的太赫兹近场谱与所有频率下待测样品的太赫兹近场图像进行融合，得到融合后的图像。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)采用全电子学固态太赫兹收发一体模块，系统集成度更高，系统更稳定，可有效简化系统复杂度，极大地提高了消逝信号远场探测效率；(2)全电子学的超宽带太赫兹信号功率更高，经过多次混频下变频、锁相放大等措施，散射太赫兹信号信噪比更高，更利于消逝信号幅度相位的一体化提取；(3)基于全固态电子学超宽带太赫兹收发一体模块，可实现1Hz频率分辨率的太赫兹近场谱测试与纳米量级超分辨率成像，实现太赫兹突破融合，可同时获得待测样品更丰富的物理化学信息，更利于待测样品成分分析与结构成像；(4)基于全固态电子学超宽带太赫兹收发一体模块，可利用较小长径比的纳米探针，通过多频点图像的信息融合，得到更高质量的图像。(5)具有高集成度、结构简单、质量稳定可靠等优势，能够实现非金属材料太赫兹图谱的有效融合。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术的全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置示意图；图2是本专利技术时分复用激励源的结构示意图；图3是本专利技术太赫兹收发模块结构示意图；图4是本专利技术时分复用激励源与太赫兹收发模块结构示意图图5是本专利技术实施例中0.11THz～1.1THz近场图谱综合测试装置示意图；图6是本专利技术实施例中0.75THz～1.1THz太赫兹收发模块示意图；图7是本专利技术实施例中0.75THz～1.1THz太赫兹辐射信号曲线图；图8是本专利技术实施例中太赫兹高斯波束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置，其特征在于，包括：时分复用激励源，所述时分复用激励源分别与太赫兹收发模块和锁相放大器连接，所述锁相放大器分别与振荡源、数据采集模块连接，所述振荡源与压电体连接，所述压电体与纳米探针连接；/n所述时分复用激励源包括频率参考单元，所述频率参考单元分别与第一宽带扫频源、第二宽带扫频源连接，所述第一宽带扫频源与第一放大器连接，所述第二宽带扫频源与第二放大器连接，所述第一放大器、第二放大器均与电子开关连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置，其特征在于，包括：时分复用激励源，所述时分复用激励源分别与太赫兹收发模块和锁相放大器连接，所述锁相放大器分别与振荡源、数据采集模块连接，所述振荡源与压电体连接，所述压电体与纳米探针连接；
所述时分复用激励源包括频率参考单元，所述频率参考单元分别与第一宽带扫频源、第二宽带扫频源连接，所述第一宽带扫频源与第一放大器连接，所述第二宽带扫频源与第二放大器连接，所述第一放大器、第二放大器均与电子开关连接。


2.根据权利要求1所述的全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置，其特征在于，所述太赫兹收发模块包括第一倍频器和功率分配器，所述第一倍频器与第二倍频器连接，所述第二倍频器与双定向耦合器连接，所述双定向耦合器分别与第一谐波混频器、第二谐波混频器连接，所述第一谐波混频器与第三倍频器连接，所述第三倍频器与功率分配器连接，所述功率分配器与第四倍频器连接，所述第四倍频器与第二谐波混频器连接，所述第一谐波混频器、第二谐波混频器均与混频器连接。


3.根据权利要求2所述的全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置，其特征在于，所述混频器与锁相放大器连接。


4.根据权利要求2所述的全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置，其特征在于，所述第一放大器通过电子开关与第一倍频器连接，所述第二放大器通过电子开关与功率分配器连接。


5.根据权利要求1所述的全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置，其特征在于，还包括三维控制台，纳米探针和待测样品均放置在三维控制台上。


6.根据权利要求1所述的全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置，其特征在于，太赫兹收发模块连续辐射太赫兹波并接收由纳米探针局域增强且被调制的消逝信号；经过锁相放大与高阶解调得到待测样品某一位置出消逝信号的幅度与相位信息；纳米探针遍历待测样品，得到待测样品消逝信号的幅度矩阵与相位矩阵。


7.根据权利要求1所述的全电子学的太赫兹近场图谱综合测试装置，其特征在于，所述数据采集模块与服务器连接，服务器用于根据待测样品消...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁晓林，年夫顺，姜万顺，朱伟峰，邓建钦，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37