[发明专利]太赫兹近场信号转换器

说明书

本发明提供一种太赫兹近场信号转换器，所述太赫兹近场信号转换器包括：近场耦合放大模块，适于将被测样品的太赫兹近场信号放大并转换为传输波；远场传输模块，适于将传输波收集并汇集至太赫兹探测器敏感元上进行探测。本发明太赫兹近场信号转换器具备将太赫兹近场信号转换为远场信号的功能，使太赫兹近场信号可以被普通远场探测器所探测，确保了近场信息不丢失，从而使测量结果精度和准确性得到改善；太赫兹近场信号转换器的使用无需采用相干探测技术，降低了测试系统复杂程度，提高了近场技术的可操作性。

技术领域

本发明属于光学应用技术领域，特别是涉及一种太赫兹近场信号转换器。

背景技术

近年来，随着THz(Terahertz，太赫兹)源与探测器的不断发展，THz探测技术也向着更快，更准，更实用的目标迈进。THz频段覆盖的频率范围为100GHz(0.1THz)～10THz，对应波长范围为3mm～30um，光子能量范围为0.4meV～40meV，因此，THz波不会对生物组织或细胞造成辐射伤害，相较于高能量的X射线，THz波更加安全；与毫米波微波比较而言，由于THz波波长更短，使其在众多的THz感测研究和应用中可获得更高的精准度，所以THz波被广泛用于生物医学成像，材料特性表征和产品质量监控等领域。

目前THz频段的探测器主要沿用中红外探测器，而此类探测器应用范围基本为远场探测，根据瑞利判据可知，远场成像系统均受到光学衍射效应的影响，存在一个极限分辨距离d:

d＝1.22×λf/D

(1)

其中λ为波长，f为等效透镜焦距，D为等效透镜直径，由公式1可知，对于普通远场测试系统而言，极限分辨距离在1个波长量级，以3THz为例，并假设f/D＝1，则极限分辨距离(d)约为1mm，能够满足一般探测及成像要求，但对于更加精细的观测而言，远场探测则无法满足。近场探测技术应运而生，近场探测最主要的特点即是可以获取更高的精度和分辨率。因为从物体上辐射出(主动或被动)的电磁波信号均包含衰逝波(即近场信号)和传输波(即远场信号)两部分，衰逝波包含了被测目标的高频和亚波长信息，但衰逝波幅度在波矢方向上呈指数衰减规律，所以通常在一个或几个波长范围以外的位置无法探测到衰逝波信号，而只能检测到传输波信号，所以探测精度和分辨率无法突破衍射极限限制。

常见的近场探测即指探测对象与探测器(或探针)距离在波长范围以内，从而可以对衰逝波(近场信号)和传输波同时进行提取，实现被测目标信息的‘完整’还原，从而使探测精度突破衍射极限限制，达到亚波长量级甚至更高。近场探测技术自身特点决定了探测系统及方法比常见的远场探测更加精细与复杂，对THz频段而言，目前广泛使用的近场探测技术是由探针调制结合相干探测技术实现的，系统复杂且对被测物体表面形状平整度有较高要求，实用性不广，这在一定程度上限制了该技术的实际应用。

本发明提出了一种新型的THz近场信号转换器，具备将被测物体近场信息(衰逝波)转换为远场信息(传输波)进行探测的功能。在保留原有测试精度的情况下，显著降低测试系统的复杂程度，同时降低了对被测目标几何外形的要求，拓展了测试对象范围，有利于太赫兹探测技术及其光学系统的应用与发展。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太赫兹近场信号转换器，用于解决现有技术中的近场探测技术存在的系统复杂且对被测物体表面形状平整度有较高要求，实用性不广的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种太赫兹近场信号转换器，所述太赫兹近场信号转换器包括：

近场耦合放大模块，适于将被测样品的太赫兹近场信号放大并转换为传输波；

远场传输模块，适于将所述传输波收集并汇集至太赫兹探测器敏感元上进行探测。

作为本发明的太赫兹近场信号转换器的一种优选方案，所述近场耦合放大模块包括：近场信号放大介质层、信号耦合层及太赫兹棱镜；