[发明专利]太赫兹波轴向聚焦器

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹波，特别是一种太赫兹波轴向聚焦器，通过聚焦可形成高强度的太赫兹波场。

背景技术

太赫兹波(THz)通常是指频率介于0.1THz～10THz(波长30um～3mm)之间的电磁辐射，在电磁波谱上位于微波和红外线之间。在20世纪80年代中期以前，由于缺乏有效的产生方法和检测手段，科学家对该波段的电磁辐射性质的了解非常有限，是电磁波谱中唯一没有获得较全面研究并很好加以利用的最后一个波谱区间，因此称为电磁波的“太赫兹间隙”。

经过近几年对太赫兹波研究，科学家们发现THz波段光源与传统光源相比有许多独特的优点和应用：穿透能力强，可用来探测X射线、可见光、红外线探测不到的材料内部的缺陷和隐藏物；光子能量很低，穿透过物质时，不易发生电离，因而可用来进行安全的无损检测；对水分的吸收很敏感，可用于生物医学成像和光的检测等；利用适当的小孔或针尖，太赫兹波成像可以达到较高的空间分辨率，并获得微波成像难以得到的高分辨率的清晰图像等。

由于上述独特的优点，太赫兹波技术目前已经在通信爆炸和走私物品侦测、缺陷分析、水分检测、医学诊断、示踪气体探测、和生物医学成像等众多领域发挥了巨大的作用。太赫兹波技术的广泛应用对太赫兹波的聚焦技术提出了越来越高的要求。但人们发现利用传统的透镜和反射镜组成的聚焦器，仅能使太赫兹波聚焦到波束直径不足1毫米的程度，导致分辨率不足。这样的波束远远不能用于研究生物细胞等微小物体。

发明内容

本发明的目的在于针对传统聚焦器无法对太赫兹波进行有效聚焦的问题，提供一种太赫兹波轴向聚焦器，该聚焦器应对太赫兹波进行有效聚焦，并具有结构简单、易于制造和系统稳定的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种太赫兹波轴向聚焦器，其特点在于该轴向聚焦器由圆锥形金属线构成，D为锥形金属线的大端直径，d为小端直径，L为金属线长度，θ为锥度角，D的取值范围为50μm～1mm，d的取值范围为50nm～300μm，L的取值范围为280μm～28mm，θ的取值范围为1度～5度。

所述的圆锥形金属线的材料是铜、铝、银、金、钼、钨、钯、钛、铅、铂、钒，或是其中两种或两种以上金属的合金。

将所述的的金属导线制作成逐渐变细的形状，使其一端成为一个非常微小的点，这样金属线就能引导太赫兹波聚焦到这个点上，形成直径只有几微米的波束，显著提高分辨率，可广泛应用于通信爆炸和走私物品侦测、缺陷分析、水分检测、医学诊断、示踪气体探测、和生物医学成像等众多领域。该种锥形金属线波导与传统圆柱形金属线波导相比，不仅可以有效将太赫兹亚波长能量聚焦，而且对于窄波和宽波带都有显著的聚焦效果，可覆盖0.1～10THz范围的太赫兹波传播。

本发明的技术解决方案的基本原理：

表面等离子体波可存在于金属和电介质的表面，且该波只能为T M偏振波，对于平面的金属电介质表面，只存在H_y，E_x和E_z三个分量。而对于圆柱形的金属线，表面等离子波同样存在，且该波仍为T M偏振，相应的电磁场的分量应该为H_φ，E_r和E_z。