一种基于相干层析的太赫兹成像装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107036549A(43)申请公布日2017.08.11(21)申请号201611252346.6(22)申请日2016.12.30(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人凌福日姚刚(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人张建伟(51)Int.Cl.G01B11/24(2006.01)G01N21/3586(2014.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称一种基于相干层析的太赫兹成像装置(57)摘要本发明公开了一种基于相干层析的太赫兹三维成像装置，该装置包括太赫兹源、太赫兹波准直系统、迈克尔逊干涉系统和探测系统，准直系统对太赫兹源产生的波进行准直，迈克尔逊干涉系统用于将准直后的太赫兹波入射到分束镜上分为样品光和参考光，通过参考臂的扫描和样品台的移动，改变参考光和样品光的光程差，实现了对样品的不同部位、不同深度的扫描；探测系统用于对干涉信号进行探测处理，并控制参考臂上下扫描和样品臂左右扫描，实现太赫兹相干层析成像。本发明利用宽频太赫兹的弱相干原理，可以实现对待测样品的高精度三维图像重构，具有较高的纵向分辨率和更加广泛的应用领域，尤其是在高精度的材料无损探测领域具有非常巨大的应用前景。CN107036549ACN107036549A权利要求书1/2页1.一种基于相干层析的太赫兹成像装置，其特征在于，包括太赫兹源、光准直系统、迈克尔逊干涉系统和探测系统；其中：所述太赫兹源为宽频太赫兹源，用于提供宽频带太赫兹波；所述准直系统用于对太赫兹波进行准直，输入斩波器；所述斩波器，设在准直系统和迈克尔逊干涉系统之间的光路上，用于将太赫兹波周期性地送入迈克尔逊干涉系统；所述迈克尔逊干涉系统包括分束器、太赫兹反射镜组和样品镜组；其中：斩波器、分束器和样品镜组依序设置在同一光路，斩波器为太赫兹波入口端；所述太赫兹反射镜组设在分束器的反射光路上，作为参考臂；太赫兹反射镜组用于实现对分束器传来的波束同相反射，作为参考光；参考臂可垂直上下移动，从而改变参考光与样品光之间的光程；所述样品镜组设在分束器相对于斩波器的另一侧，其包括反射镜和载物台，作为样品臂，用于提供样品光通道；所述载物台用于放置待测样品，载物台能在其自身所处二维平面上移动；所述探测系统设在太赫兹反射镜组相对于分束器的另一侧，与反射镜组、分束器设置在同一光路；所述探测系统包括探测器和锁相放大器，探测器用于探测从迈克尔逊干涉系统输出的太赫兹信号；所述锁相放大器，其参考信号通道接与斩波器同频同相的信号，其测量信号通道连探测器输出端，用于放大探测器输出的微弱电信号；工作时，太赫兹源产生的太赫兹波，经准直后进入迈克尔逊干涉系统，分为参考光和样品光两路；样品臂光束经过反射镜聚焦后入射到载物台上；通过载物台的移动，实现对样品的二维扫描；样品反射光和与之同频同相的参考光在分束器形成干涉，干涉光入射到探测系统，通过锁相放大器检出样品光；对通过太赫兹反射镜组上下移动，改变参考光与样品光的光程差，从而实现对样品的纵向深度扫描。2.根据权利要求1或2所述太赫兹成像装置，其特征在于，所述太赫兹反射镜组包括一个抛物反射镜和与其相对的平面反射镜，所述平面反射镜设在抛物反射镜，用于对抛物反射镜反射来的波束附加90度的相移，使反射光与样品镜组反射回分束器的波束同相。3.根据权利要求1或2所述太赫兹成像装置，其特征在于，所述准直系统与迈克尔逊干涉系统的斩波器之间，设有孔径光阑，用于对遮挡波束周边不均匀成份，实现对波束的进一步均匀化整形。4.根据权利要求1或2所述太赫兹成像装置，其特征在于，所述探测系统的探测器之前，设有一个锗片，用滤除迈克尔逊干涉系统产生的高频杂波分量。5.根据权利要求1或2所述太赫兹成像装置，其特征在于，所述准直系统为一对反射镜面相对设置的抛物面镜。6.根据权利要求1或2所述太赫兹成像装置，其特征在于，所述太赫兹源为中压汞灯。7.根据权利要求1或2所述太赫兹成像装置，其特征在于，所述反射镜组由伺服电机驱动，可上下移动，从而改变参考光与样品光之间的光程，实现对被测样品的深度扫描；所述载物台设在二维电控平移台上，能实现被测样本在二维平面的扫描成像。8.根据权利要求7任一所述太赫兹成像装置，其特征在于，所述伺服电机和二维电控平移台的动作，由控制器控制。9.根据权利要求8所述太赫兹成像装置，其特征在于，还包括计算机，该计算机通过数2CN107036549A权利要求书2/2页据采集部件，用于采集锁相放大器输出信号；通过接口部件与所述控制器相连，用于实现对控制器的操作，从而改变伺服电机和二维电控平移台的动作，实现被测样品不同深度信号采集，在计算机上完成样品相干层析