应用于太赫兹信号的光斑成像装置及光斑成像方法制造方法及图纸

本公开提供一种应用于太赫兹信号的光斑成像装置及光斑成像方法，装置包括：太赫兹信号发射模块，用于产生并准直扩束太赫兹信号；分束模块，用于接收并分束太赫兹信号得到并输出探测信号；阶梯形标准具反射模块包括阶梯形标准具，阶梯形标准具包括n级阶梯，阶梯形标准具用于接收探测信号，以预设角度步长绕旋转轴进行转动，以便在不同角度处反射探测信号，得到n个反射的探测信号，n个反射的探测信号返回分束模块，得到并输出n个反射信号；反射信号表征n级阶梯对应的n个时域峰值的强度；太赫兹信号接收模块，用于会聚并处理n个反射信号，得到太赫兹信号的光斑能量强度分布图像。太赫兹信号的光斑能量强度分布图像。太赫兹信号的光斑能量强度分布图像。

【技术实现步骤摘要】
应用于太赫兹信号的光斑成像装置及光斑成像方法


[0001]本公开涉及激光光斑测量仪器
，尤其涉及一种应用于太赫兹信号的光斑成像装置及光斑成像方法。

技术介绍

[0002]太赫兹频段为毫米波到红外波之间的过渡频段，覆盖一个较大的带宽范围，不同于其他电磁辐射波束，太赫兹波束兼具电子学和光学的特性，这使得太赫兹波束在医学、军事、通信、光谱学、安检质检等领域具有广泛应用前景。在相关应用中，太赫兹脉冲对应的时域太赫兹信号可以通过太赫兹时域光谱(THz
‑
Time Domain Spectroscopy，THz
‑
TDS)系统进行测量，基于对THz
–
TDS的分析可以实现测量太赫兹波束的光束质量和传输规律。
[0003]在实现本公开专利技术构思的过程中，专利技术人发现相关技术中一般会存在以下问题：从TDS发射的绝对功率非常有限，基于光子或热检测的太赫兹范围内的焦平面阵列灵敏度较差，相关技术中的以及基于二维光电采样方法也较难实现在光学系统之后直接测量大尺寸的准直太赫兹光束；针对THz
–
TDS的现有成像装置获取的太赫兹波束成像分辨率较低，或者调节成像装置过程较复杂，且容易产生误差。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本公开提供了一种应用于太赫兹信号的光斑成像装置及光斑成像方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题。
[0005]本公开的一个方面，提供了一种应用于太赫兹信号的光斑成像装置。应用于太赫兹信号的光斑成像装置包括：太赫兹信号发射模块，用于产生并准直扩束上述太赫兹信号；分束模块，用于接收并分束上述太赫兹信号，得到并输出探测信号；阶梯形标准具反射模块，上述阶梯形标准具反射模块包括阶梯形标准具，上述阶梯形标准具包括n级阶梯，上述阶梯形标准具用于接收上述探测信号，以预设角度步长绕旋转轴进行转动，以便在不同角度处反射上述探测信号，得到n个反射的探测信号，上述旋转轴的方向与上述探测信号传播方向平行，上述旋转轴穿过上述阶梯形标准具对称中心，上述n个反射的探测信号返回上述分束模块，上述分束模块根据返回的上述n个反射的探测信号得到并输出n个反射信号；其中，n为正整数，上述预设角度为180
°
整除n得到的，每一上述反射信号表征n级阶梯对应的n个时域峰值的强度；太赫兹信号接收模块，用于会聚并处理n个上述反射信号，得到上述太赫兹信号的光斑能量强度分布图像，上述光斑能量强度分布图像为n
×
n大小的像素点阵，上述像素点阵为根据上述阶梯形标准具得到的，上述像素点阵能量强度为根据n个上述反射信号得到的。
[0006]根据本公开的实施例，上述阶梯包括反射面，上述反射面所在的平面垂直于上述转轴旋所在平面，上述反射面用于反射上述探测信号；在上述阶梯形标准具位于初始位置的情况下，获取上述n个反射面长度方向上对应的中心线，得到n条水平线；在上述阶梯形标准具转动到与上述初始位置垂直的情况下，获取上述n个反射面长度方向上对应的中心线，
得到n条垂直线；根据上述n条水平线和上述n条垂直线得到的n
×
n个交点；以上述n
×
n个交点为像素点中心，上述反射面宽度为像素点边长，构建上述n
×
n大小的像素点阵。
[0007]根据本公开的实施例，上述太赫兹信号发射模块包括：发射端光电导天线和发射端离轴抛面镜；上述发射端光电导天线端口设置于上述发射端离轴抛面镜的焦点位置，用于产生上述太赫兹信号；上述发射端离轴抛面镜，用于对上述太赫兹信号进行准直和扩束操作，并输出上述太赫兹信号。
[0008]根据本公开的实施例，上述分束模块包括：金属线栅波束分束器和太赫兹1/4波片；上述金属线栅波束分束器设置于上述太赫兹信号所在的光路上，用于通过与上述金属线栅波束分束器偏振方向一致的上述太赫兹信号；上述太赫兹1/4波片设置于上述金属线栅波束分束器后的上述太赫兹信号所在的光路上，用于产生相位延迟，根据与上述金属线栅波束分束器偏振方向一致的上述太赫兹信号，得到上述探测信号，上述探测信号为圆偏光，上述太赫兹1/4波片还用于处理上述反射的探测信号，使上述反射的探测信号产生相位延迟，得到上述反射信号，上述反射信号偏振方向与上述金属线栅波束分束器偏振方向相互垂直，上述反射信号通过上述金属线栅波束分束器反射到上述太赫兹信号接收模块。
[0009]根据本公开的实施例，上述分束模块包括：高阻硅透镜；上述高阻硅透镜设置于上述太赫兹信号所在的光路上，使上述高阻硅透镜截面对称轴与太赫兹信号传播方向呈45
°
，用于对上述太赫兹信号进行分光，上述分光的透射反射比为1：1，输出透射出上述高阻硅透镜的沿上述太赫兹信号传播方向传播的上述探测信号，还用于对上述反射的探测信号进行分光，输出反射出上述高阻硅透镜的垂直于上述反射的探测信号传播方向传播的上述反射信号。
[0010]根据本公开的实施例，上述太赫兹信号接收模块包括：接收端离轴抛面镜、接收端光电导天线和光斑成像单元；上述接收端离轴抛面镜，用于依次会聚n个上述反射信号；上述接收端光电导天线端口设置于上述接收端离轴抛面镜的焦点位置，用于接收并向上述光斑成像单元发送n个会聚的反射信号；上述光斑成像单元，用于根据上述n个会聚的反射信号，分别得到n个时域信号，上述每个时域信号均包括n级阶梯对应的n个时域峰值的强度，还用于根据n个上述时域信号和上述像素点阵，求解得到上述像素点阵中n
×
n像素点对应的能量强度，根据上述能量强度得到上述光斑能量强度分布图像。
[0011]根据本公开的实施例，上述阶梯形标准具反射模块还包括：电控旋转镜架；上述电控旋转镜架，用于带动上述阶梯形标准具沿上述旋转轴旋转，以便上述阶梯形标准具反射模块在得到上述太赫兹信号的光斑能量强度分布图像的过程中不中断地得到上述n个反射的探测信号。
[0012]本公开的另一个方面，提供了一种应用于太赫兹信号的光斑成像方法，该光斑成像方法包括：利用太赫兹信号发射模块，产生并准直扩束上述太赫兹信号；利用分束模块，接收并分束上述太赫兹信号，得到并输出探测信号；利用阶梯形标准具反射模块，上述阶梯形标准具反射模块包括阶梯形标准具，上述阶梯形标准具包括n级阶梯，上述阶梯形标准具接收上述探测信号，以预设角度步长绕旋转轴进行转动，以便在不同角度处反射上述探测信号，得到n个反射的探测信号，上述旋转轴的方向与上述探测信号传播方向平行，上述旋转轴穿过上述阶梯形标准具对称中心，上述n个反射的探测信号返回上述分束模块，以便利用上述分束模块根据返回的上述n个反射的探测信号得到并输出n个反射信号；其中，n为正
整数，上述预设角度为180
°
整除n得到的，每一上述反射信号表征n级阶梯对应的n个时域峰值的强度；利用太赫兹信号接收模块，会聚并处理n个上述反射信号，得到上述太赫兹信号的光斑能量强度分布图像，上述光斑能量强度分布图像为n
×
n大小的像素点阵，上述像素点阵为根据上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于太赫兹信号的光斑成像装置，包括：太赫兹信号发射模块，用于产生并准直扩束所述太赫兹信号；分束模块，用于接收并分束所述太赫兹信号，得到并输出探测信号；阶梯形标准具反射模块，所述阶梯形标准具反射模块包括阶梯形标准具，所述阶梯形标准具包括n级阶梯，所述阶梯形标准具用于接收所述探测信号，以预设角度步长绕旋转轴进行转动，以便在不同角度处反射所述探测信号，得到n个反射的探测信号，所述旋转轴的方向与所述探测信号传播方向平行，所述旋转轴穿过所述阶梯形标准具对称中心，所述n个反射的探测信号返回所述分束模块，所述分束模块根据返回的所述n个反射的探测信号得到并输出n个反射信号；其中，n为正整数，所述预设角度为180
°
整除n得到的，每一所述反射信号表征n级阶梯对应的n个时域峰值的强度；以及太赫兹信号接收模块，用于会聚并处理n个所述反射信号，得到所述太赫兹信号的光斑能量强度分布图像，所述光斑能量强度分布图像为n
×
n大小的像素点阵，所述像素点阵为根据所述阶梯形标准具得到的，所述像素点阵能量强度为根据n个所述反射信号得到的。2.如权利要求1所述的光斑成像装置，其中，所述阶梯包括反射面，所述反射面所在的平面垂直于所述转轴旋所在平面，所述反射面用于反射所述探测信号；在所述阶梯形标准具位于初始位置的情况下，获取所述n个反射面长度方向上对应的中心线，得到n条水平线；在所述阶梯形标准具转动到与所述初始位置垂直的情况下，获取所述n个反射面长度方向上对应的中心线，得到n条垂直线；根据所述n条水平线和所述n条垂直线得到的n
×
n个交点；以及以所述n
×
n个交点为像素点中心，所述反射面宽度为像素点边长，构建所述n
×
n大小的像素点阵。3.如权利要求1所述的光斑成像装置，其中，所述太赫兹信号发射模块包括：发射端光电导天线和发射端离轴抛面镜；所述发射端光电导天线端口设置于所述发射端离轴抛面镜的焦点位置，用于产生所述太赫兹信号；以及所述发射端离轴抛面镜，用于对所述太赫兹信号进行准直和扩束操作，并输出所述太赫兹信号。4.如权利要求3所述的光斑成像装置，其中，所述分束模块包括：金属线栅波束分束器和太赫兹1/4波片；所述金属线栅波束分束器设置于所述太赫兹信号所在的光路上，用于通过与所述金属线栅波束分束器偏振方向一致的所述太赫兹信号；所述太赫兹1/4波片设置于所述金属线栅波束分束器后的所述太赫兹信号所在的光路上，用于产生相位延迟，根据与所述金属线栅波束分束器偏振方向一致的所述太赫兹信号，得到所述探测信号，所述探测信号为圆偏光，所述太赫兹1/4波片还用于处理所述反射的探测信号，使所述反射的探测信号产生相位延迟，得到所述反射信号，所述反射信号偏振方向与所述金属线栅波束分束器偏振方向相互垂直，所述反射信号通过所述金属线栅波束分束器反射到所述太赫兹信号接收模块。5.如权利要求3所述的光斑成像装置，其中，所述分束模块包括：高阻硅透镜；
所述高阻硅透镜设置于所述太赫兹信号所在的光路上，使所述高阻硅透镜截面对称轴与太赫兹信号传播方向呈45
°
，用于对所述太赫兹信号进行分光，所述分光的透射反射比为1：1，输出透射出所述高阻硅透镜的沿所述太赫兹信号传播方向传播的所述探测信号，还用于对所述反射的探测信号进行分光，输出反射出所述高阻硅透镜的垂直于所述反射的探测信号传播方向传播的所述反射信号。6.如权利要求2所述的光斑成像装置，其中，所述太赫兹信号接收模块包括：接收端离轴抛面镜、接收端光电导天线和光斑成像单元；所述接收端离轴抛面镜，用于依次会聚n个所述反射信号；所述接收端光电导天线端口设置于所述接收端离轴抛面镜的焦点位置，用于接收并向所述光斑成像单元发送n个会聚的反射信号；以及所述光斑成像单元，用于根据所述n个会聚的反射信号，分别得到n个时域信号，所述每个时域信号均包括n级阶梯对应的n个时域峰值的强度，还用于根据n个所述时域信号和所述像素点阵，求解得到所述像素点阵中n
×
n像素点对应的能量强度，根据所述能量强度得到所述光斑能量强度分布图像。7.如权利要求2所述的光斑成像装置，所述阶梯形标准具反射模块还包括：电控旋转镜架；所述电控旋转镜架，用于带动所述阶梯形标准具沿所述旋转轴旋转，以便所述阶梯形标准具反射模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟凯，格根塔娜，乔鸿展，李方杰，刘宇鑫，李吉宁，徐德刚，姚建铨，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：