用于太赫兹频段多角度环形均匀照明的平板透镜及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于太赫兹频段多角度环形均匀照明的平板透镜及装置，涉及太赫兹主动成像领域。本发明专利技术通过在具有空气孔阵列和中心点缺陷的平板透镜的出射面上设置多个环形凹槽或者构造为随机粗糙面，能够将太赫兹源辐照的具有高斯分布的太赫兹光束转化为多角度出射的环形均匀照明光束，以使太赫兹波从不同角度对目标进行照明，增加进入到探测系统的反射波信号，这对于太赫兹波在无损探测和人体安检等领域的应用场景具有突出的应用价值。并且，本发明专利技术在反射式的太赫兹主动成像系统中，相对于圆形光束，环形光束能够将中心部分成像利用率不高的小角度入射光转化为了成像利用率更高的大角度入射光，因此能够在提供多角度照明的同时提高能量利用率。的同时提高能量利用率。的同时提高能量利用率。

【技术实现步骤摘要】
用于太赫兹频段多角度环形均匀照明的平板透镜及装置


[0001]本专利技术涉及太赫兹主动成像领域，特别是涉及一种用于太赫兹频段多角度环形均匀照明的平板透镜及装置。

技术介绍

[0002]太赫兹波介于红外和毫米波之间，它对很多非极性材料具有很强的穿透性。相对于毫米波，太赫兹波更短的波长提供了更高的成像空间分辨率。相对于同样具有强穿透能力的x射线，太赫兹波的光子能量很低，因此在穿透物质时不易发生电离，这在例如人体安检等领域具有重要的应用潜力和价值。当利用太赫兹波的穿透性进行材料内部无损探测或人体安检时，太赫兹成像技术则成为这些应用的重要基础。在太赫兹波主动照明的反射式成像方法中，当物体表面的粗糙程度(物体的表面纹理、起伏等)小于或者等于太赫兹波的波长时，反射波中镜面反射分量会明显增加。因此当使用单一角度太赫兹波对样品进行宽场照明时，大部分入射波信号由于发生镜面反射只会在与其角度对称的位置反射。对于固定位置或角度的太赫兹波探测系统而言，反射波信号无法进入探测系统会导致成像信息缺失的问题，继而造成成像质量差的情况。在这种情况下，只有控制太赫兹波从不同角度对样品进行辐照，才能增加进入到探测器的反射波分量，实现对反射太赫兹信号的充分探测。另一方面，光源照明的均匀性也是主动照明成像中成像质量的关键因素。但是太赫兹辐射源发出的波在自由空间中传播时大多呈现高斯分布的特征，即中间能量大、周围能量低。如果没有采取准直或者聚焦措施，那么太赫兹源发出的波束就会迅速发散，光斑强度也会以高斯分布的形式迅速下降。因此，随着太赫兹波传播距离的增加，辐射到成像目标上的太赫兹波光场强度分布会更加不均匀，这将导致出现同一物体放置于不同位置时成像结果对比度不一致的现象。所以对太赫兹波辐照的均匀性的控制也是提高成像质量的关键环节。
[0003]光子晶体是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。由于介电常数存在空间上的周期性，所以光子晶体对光的折射率同样有周期性分布，在其中传播的光波的色散曲线也会形成带状能带结构，即光子能带(PhotonicBand)。光子能带之间会出现带隙，即光子带隙也叫光子禁带(PhotonicBandGap，PBG)。频率落在光子带隙中的光子，在某些方向上是被严格禁止传播的。而通过引入缺陷破坏光子晶体的周期结构特性，在光子带隙中将形成相应的缺陷能级，仅有特定频率的光可在这个缺陷能级中出现。不像普通的周期性光子晶体同时具有旋转对称性和平移对称性两个特性，准光子晶体没有平移对称性，但是准光子晶体同时具有光子带隙和光子局域化的特性，因此能够灵活地操纵光波传输。
[0004]鉴于上述问题，需要将太赫兹源辐射的呈高斯分布的太赫兹波转化为多角度出射的环形均匀照明光束，以增加在发生镜面反射时进入到探测器的反射光分量，实现对反射信号的充分探测，同时消除照明太赫兹波分布不均匀对成像质量的不良影响。但是传统的光阑拦截法能量损失严重，而非球面透镜组加工困难、使用起来光路系统复杂且笨重。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种用于太赫兹频段多角度环形均匀照明的平板透镜及装置。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种平板透镜，用于太赫兹频段的多角度环形均匀照明；所述平板透镜上设置有空气孔阵列和中心点缺陷；所述空气孔阵列由基本单元以所述中心点缺陷为中心按设定角度旋转排布形成；所述基本单元上设置有多个空气孔；所述空气孔的延伸周期为a；
[0008]所述平板透镜的出射面上设置有半圆环体，或，所述平板透镜的出射面设置为二维高斯随机粗糙面。
[0009]可选地，所述基本单元为菱形结构；
[0010]所述菱形结构的第一顶点与所述中心点缺陷重合；所述菱形结构的中心点设置有一个空气孔，所述菱形结构的第二顶点和第四顶点上均设置有一个空气孔；所述菱形结构的每一条边的中点位置均设置有一个空气孔；所述菱形结构的第一顶点为锐角顶点；所述菱形结构的第二顶点和第四顶点均为钝角顶点；所述设定角度与所述菱形结构的锐角角度相等。
[0011]可选地，所述半圆环体包括沿所述中心点缺陷至第一个空气孔的连线上依次设置的第一环形圆弧凹槽、第二环形圆弧凹槽和第三环形圆弧凹槽；所述第一个空气孔为所述基本单元中距离所述中心点缺陷最近的空气孔；
[0012]所述第一环形圆弧凹槽、所述第二环形圆弧凹槽和所述第三环形圆弧凹槽均为以所述中心点缺陷为圆点的密闭环形结构；所述第一环形圆弧凹槽、所述第二环形圆弧凹槽和所述第三环形圆弧凹槽的侧切面均为半圆状；第一环形圆弧凹槽、所述第二环形圆弧凹槽和所述第三环形圆弧凹槽的侧切面均为与所述出射面垂直的面；
[0013]所述第二环形圆弧凹槽的侧切面分别与所述第一环形圆弧凹槽的侧切面和所述第三环形圆弧凹槽的侧切面外切；所述第二环形圆弧凹槽的侧切面的半径大于所述第一环形圆弧凹槽的侧切面的半径；所述第三环形圆弧凹槽的侧切面的半径大于所述第二环形圆弧凹槽的侧切面的半径。
[0014]可选地，所述第一环形圆弧凹槽的侧切面的半径为0.06a；所述第二环形圆弧凹槽的侧切面的半径为0.08a；所述第三环形圆弧凹槽的侧切面的半径为0.1a。
[0015]可选地，所述平板透镜为基于准光子晶体的圆柱体结构；所述平板透镜的半径为4a；所述平板透镜的高度为1.5a。
[0016]可选地，所述中心点缺陷的半径与所述空气孔的半径相等。
[0017]可选地，所述中心点缺陷的半径与所述空气孔的半径均为0.23a。
[0018]一种用于太赫兹频段多角度环形均匀照明的装置，在太赫兹波传播方向上依次设置的辐射源、准直透镜和上述的平板透镜；
[0019]所述辐射源用于产生太赫兹波；所述太赫兹波经所述准直透镜准直后，以圆形光斑入射到所述平板透镜后，形成多角度出射的均匀太赫兹波；多角度出射的均匀太赫兹波入射到待测目标上。
[0020]一种用于太赫兹频段多角度环形均匀照明的装置，包括：辐射源、第一太赫兹波探测器、第二太赫兹波探测器和上述的平板透镜；
[0021]所述辐射源产生的太赫兹波经所述平板透镜形成多角度出射的均匀太赫兹波；多角度出射的均匀太赫兹波入射到待测目标后，经所述待测目标反射后分别进入所述第一太赫兹波探测器和所述第二太赫兹波探测器。
[0022]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0023]本专利技术提供的用于太赫兹频段多角度环形均匀照明的平板透镜及装置，通过在具有空气孔阵列和中心点缺陷的平板透镜出射面上设置多个环形凹槽或者构造随机粗糙面，能够将太赫兹源辐照的具有高斯分布的太赫兹光束转化为多角度出射的环形均匀照明光束，以使太赫兹波从不同角度对目标进行照明，增加进入到探测系统的反射波信号，这对于太赫兹波在无损探测和人体安检等领域的应用场景具有突出的应用价值。并且，本专利技术在反射式的太赫兹主动成像系统中，相对于圆形光束，环形光束能够将中心部分成像利用率不高的小角度入射光转化为了成像利用率更高的大角度入射光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平板透镜，其特征在于，用于太赫兹频段的多角度环形均匀照明；所述平板透镜上设置有空气孔阵列和中心点缺陷；所述空气孔阵列由基本单元以所述中心点缺陷为中心按设定角度旋转排布形成；所述基本单元上设置有多个空气孔；所述空气孔的延伸周期为a；所述平板透镜的出射面上设置有半圆环体，或，所述平板透镜的出射面设置为二维高斯随机粗糙面。2.根据权利要求1所述的平板透镜，其特征在于，所述基本单元为菱形结构；所述菱形结构的第一顶点与所述中心点缺陷重合；所述菱形结构的中心点设置有一个空气孔，所述菱形结构的第二顶点和第四顶点上均设置有一个空气孔；所述菱形结构的每一条边的中点位置均设置有一个空气孔；所述菱形结构的第一顶点为锐角顶点；所述菱形结构的第二顶点和第四顶点均为钝角顶点；所述设定角度与所述菱形结构的锐角角度相等。3.根据权利要求1所述的平板透镜，其特征在于，所述半圆环体包括沿所述中心点缺陷至第一个空气孔的连线上依次设置的第一环形圆弧凹槽、第二环形圆弧凹槽和第三环形圆弧凹槽；所述第一个空气孔为所述基本单元中距离所述中心点缺陷最近的空气孔；所述第一环形圆弧凹槽、所述第二环形圆弧凹槽和所述第三环形圆弧凹槽均为以所述中心点缺陷为圆点的密闭环形结构；所述第一环形圆弧凹槽、所述第二环形圆弧凹槽和所述第三环形圆弧凹槽的侧切面均为半圆状；第一环形圆弧凹槽、所述第二环形圆弧凹槽和所述第三环形圆弧凹槽的侧切面均为与所述出射面垂直的面；所述第二环形圆弧凹槽的侧切面分别与所述第一环形圆弧凹槽的侧切面和所述第三环形圆弧凹槽的侧切面外切；所述第二环形圆弧凹槽的侧切面的半径大于所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓雷，胡浩，柴鑫悦，胡晓雪，齐继伟，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：