一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置及检测成像方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置及检测成像方法，包括飞秒激光器、一号分束器、二号分束器、时间延迟线、光电导发射天线、准直透镜、轴棱锥、光阑、接收天线镜筒、光电导接收天线、反射镜、角度调整架、三维位移台、控制器、锁相放大器、偏置电压。本发明专利技术只需检测一次宽带太赫兹贝塞尔光束的光路即可同时得到宽带太赫兹贝塞尔光束的相位信息和不同频率的强度信息；得到光路数据集后，可在检测范围内对任意截面成像分析，得到光束传输过程成像和任意截面光斑分布。传输过程成像和任意截面光斑分布。传输过程成像和任意截面光斑分布。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置及检测成像方法


[0001]本专利技术属于太赫兹成像领域，涉及一种宽带太赫兹贝塞尔光束的传输成像领域，更具体地，涉及一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置及检测成像方法。

技术介绍

[0002]太赫兹波(Terahertz，THz)是指位于红外与微波波段之间、频率介于0.1～10THz范围内、对应波长0.03～3mm的电磁波。由于具有高穿透性、低能性、惧水性等多种重要特性，对无损检测、生物医学、安检等领域具有广阔的应用前景。THz成像技术作为THz技术中最为重要的一种应用，其是利用THz光束照射被测物，通过物品的透射或反射获得样品的信息，进而成像。现有的太赫兹成像技术中，大多采用太赫兹高斯光束进行成像，成像时通常先聚焦高斯光束后再入射到样品上，而高斯光束在传播过程中会出现先聚焦后扩散的现象，仅在焦平面处成像最清晰，因此成像系统的景深受到极大限制。贝塞尔光束作为典型的无衍射光束，具有中心光强高、传输距离远、焦深长等特定，因此是解决太赫兹成像系统焦深问题的最佳方式。而准确获得产生的THz贝塞尔光束的光斑分布及整个光路信息，不仅是对光束质量分析的需要，也是对成像结果进行图像处理等进一步分析的前提。
[0003]目前，针对THz贝塞尔光束检测主要有采用热释电探测器和太赫兹相机等方式。热释电探测器多应用于连续THz系统，这是由于热释电探测器通常不具备宽频带响应，且其灵敏度较低，需要被检测光束具有较高的能量，如文献《Diffractive Elements for Zero
‑<br/>Order Bessel Beam Generation With Application in the Terahertz Reflection Imaging》，而宽带THz贝塞尔光束通常由太赫兹时域光谱(THz
‑
TDS)系统产生，其具有较宽的频带且能量较低，显然热释电探测器无法应用。而目前宽波段的THz相机不仅价格昂贵，且其只是整体强度测量，如文献《Terahertz beam spot size measurements by a CCD camera》，无法得到太赫兹光路的相位信息和不同频率的强度信息。而THz
‑
TDS系统不仅可采用全部频率成像，即时域成像，其还可应用不同频率成像，显然不同频率的光斑强度信息是需要获得的。
[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置及成像方法，一次测量即可同时得到宽谱THz贝塞尔光束光路的相位信息和单一频率强度；得到光路数据集后，可在检测范围内对任意截面成像分析，获得光束传输过程成像和任意截面光斑分布。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置及成像方法，其目的在于提供一种能够同时得到宽谱太赫兹贝塞尔光束的相位信息和单一频率强度的传输检测装置及成像方法。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置，包括飞秒激光器、一号分束器、二号分束器、时间延迟线、光电导发射天线、准
直透镜、轴棱锥、光阑、接收天线镜筒、光电导接收天线、反射镜、角度调整架、三维位移台、控制器、锁相放大器、偏置电压；
[0007]飞秒激光器用于发射飞秒激光脉冲；一号分束器、光电导发射天线、准直透镜、轴棱锥、光阑、接收天线镜筒、光电导接收天线、三维位移台延飞秒激光脉冲透射方向依次放置，且一号分束器、光电导发射天线、准直透镜、轴棱锥均位于透射脉冲的中心轴线上；飞秒激光器发射的飞秒激光脉冲经由一号分束器分为泵浦光和探测光；泵浦光入射到光电导发射天线上，同时在外加偏置电压的作用下产生太赫兹高斯光束，经过准直透镜对发散太赫兹高斯光束进行准直，轴棱锥将准直后的太赫兹高斯光束变为太赫兹贝塞尔光束；二号分束器位于一号分束器的反射方向，时间延迟线位于二号分束器的反射方向，时间延迟线用于调整泵浦光和探测光之间的时间差；反射镜用于改变探测光光路，使其入射到光电导接收天线上；光阑、光电导接收天线和接收天线镜筒组成太赫兹光束接收模块，并位于同一个与飞秒激光脉冲透射方向平行的轴线上，接收天线镜筒将光电导接收天线和光阑固定在一起，并安装在角度调整架上；角度调整架安装在三维位移台上，用于调整接收天线镜筒的偏转角度；光电导接收天线在探测光和太赫兹贝塞尔光束的同时作用下产生正比于太赫兹光束强度的瞬变电流；光电导接收天线的瞬变电流作为信号与偏置电压作为参考，经过锁相放大器放大和去噪处理；控制器分别与三维位移台和锁相放大器相连，控制三维位移台沿不同方向移动，控制器同时从锁相放大器读取电压信号值，并记录对应的检测位置信息。
[0008]优选地，所述飞秒激光器发射中心波长为1550nm，重复频率80MHz，脉宽100fs，输出功率20mW的飞秒激光脉冲。
[0009]进一步地，所述准直透镜直径大于发散太赫兹高斯光束直径；所述轴棱锥直径大于准直太赫兹高斯光束直径。
[0010]优选地，所述准直透镜为平凸透镜、双凸透镜或离轴抛物面镜中的任意一种。
[0011]优选地，所述轴棱锥为圆锥透镜、超透镜、衍射透镜中的任意一种。
[0012]优选地，所述角度调整架为三维光学调整架。
[0013]优选地，所述三维位移台包括三个步进电机，分别用于驱动样品台沿x，y，z三个方向移动。
[0014]按照本专利技术的另一方面，提供一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置的检测成像方法，包括以下步骤：
[0015]S1.放置轴棱锥，将需要测量改变THz光束的轴棱锥放置于宽谱THz贝塞尔光束的光路成像系统中的轴棱锥位置，并保证其位于飞秒透射脉冲的中心轴线上；
[0016]S2.确定光阑通光孔径；
[0017]S3.确定光路的中心并微调太赫兹光束接收模块的角度偏差；
[0018]S4.确定检测参数及光路检测；
[0019]S5.获得频域数据集，从起始截面位置开始，对THz时域信号四维数据集逐一截面做FFT处理，获得当前截面THz光斑的x坐标、y坐标及各坐标位置的频域信号的三维频域数据集，将所有三维频域数据集对应截面的z位置合并成为THz光路的x坐标、y坐标、z坐标及各坐标位置的频域信号的THz频域信号四维数据集；
[0020]S6.获得THz光路图像，根据所需图像类型，利用特定频率振幅成像或相位成像对包含频域信号的四维数据集进行计算获得THz光路图像。
[0021]进一步地，所述步骤S2具体包括：
[0022]S21.调整三维位移台驱动太赫兹光束接收模块至理论焦点位置，将光阑通光孔径设置为初始最大通光孔径，采集当前通光孔径的THz
‑
TDS系统时域信号；
[0023]S22.对步骤S21采集到的时域信号进行FFT处理获得其频域信号，判断当前直径的通光孔径得到的频域信号是否满足最小信噪比要求；
[0024]S23.减小光阑的通光孔径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置，其特征在于，包括飞秒激光器、一号分束器、二号分束器、时间延迟线、光电导发射天线、准直透镜、轴棱锥、光阑、接收天线镜筒、光电导接收天线、反射镜、角度调整架、三维位移台、控制器、锁相放大器、偏置电压；飞秒激光器用于发射飞秒激光脉冲；一号分束器、光电导发射天线、准直透镜、轴棱锥、光阑、接收天线镜筒、光电导接收天线、三维位移台延飞秒激光脉冲透射方向依次放置，且一号分束器、光电导发射天线、准直透镜、轴棱锥均位于透射脉冲的中心轴线上；飞秒激光器发射的飞秒激光脉冲经由一号分束器分为泵浦光和探测光；泵浦光入射到光电导发射天线上，同时在外加偏置电压的作用下产生太赫兹高斯光束，经过准直透镜对发散太赫兹高斯光束进行准直，轴棱锥将准直后的太赫兹高斯光束变为太赫兹贝塞尔光束；二号分束器位于一号分束器的反射方向，时间延迟线位于二号分束器的反射方向，时间延迟线用于调整泵浦光和探测光之间的时间差；反射镜用于改变探测光光路，使其入射到光电导接收天线上；光阑、光电导接收天线和接收天线镜筒组成太赫兹光束接收模块，并位于同一个与飞秒激光脉冲透射方向平行的轴线上，接收天线镜筒将光电导接收天线和光阑固定在一起，并安装在角度调整架上；角度调整架安装在三维位移台上，用于调整接收天线镜筒的偏转角度；光电导接收天线在探测光和太赫兹贝塞尔光束的同时作用下产生正比于太赫兹光束强度的瞬变电流；光电导接收天线的瞬变电流作为信号与偏置电压作为参考，经过锁相放大器放大和去噪处理；控制器分别与三维位移台和锁相放大器相连，控制三维位移台沿不同方向移动，控制器同时从锁相放大器读取电压信号值，并记录对应的检测位置信息。2.如权利要求1所述的一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置，其特征在于，所述飞秒激光器发射中心波长为1550nm，重复频率80MHz，脉宽100fs，输出功率20mW的飞秒激光脉冲。3.如权利要求1所述的一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置，其特征在于，所述准直透镜直径大于发散太赫兹高斯光束直径；所述轴棱锥直径大于准直太赫兹高斯光束直径。4.如权利要求1所述的一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置，其特征在于，所述准直透镜为平凸透镜、双凸透镜或离轴抛物面镜中的任意一种；所述轴棱锥为圆锥透镜、超透镜、衍射透镜中的任意一种。5.如权利要求1所述的一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置，其特征在于，所述角度调整架为三维光学调整架。6.如权利要求1所述的一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置，其特征在于，所述三维位移台包括三个步进电机，分别用于驱动样品台沿x,y,z三个方向移动。7.如权利要求1所述的一种宽带太赫兹贝塞尔光束传输检测装置的检测成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.放置轴棱锥，将需要测量改变THz光束的轴棱锥放置于宽谱THz贝塞尔光束的光路成像系统中的轴棱锥位置，并保证其位于飞秒透射脉冲的中心轴线上；S2.确定光阑通光孔径；S3.确定光路的中心并微调太赫兹光束接收模块的角度偏差；S4.确定检测参数及光路检测；S5.获得频...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奇，薛竣文，崔宗宇，任姣姣，顾健，张丹丹，李丽娟，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：