[发明专利]一种太赫兹差频源远距离主动探测系统

说明书

本发明公开一种太赫兹差频源远距离主动探测系统，该系统包括高功率1064nm激光器、光学参量振荡器、光束延迟线、半波片、偏振分光棱镜、硒化镓晶体、太赫兹透镜、太赫兹反射镜以及太赫兹探测器。该发明利用高功率太赫兹差频源辐射技术，结合太赫兹透镜组准平行发射‑回波聚焦技术，实现远距离目标的太赫兹反射/散射信号主动探测。本发明具有覆盖波段宽，频段兼容性好，结构简单，系统信噪比高，探测距离远，室温工作等优点。

技术领域

本发明公开一种太赫兹差频源远距离主动探测系统，该系统利用高功率光学太赫兹差频辐射源以及透镜组准光学手段，实现远距离目标太赫兹主动探测。

背景技术

太赫兹波，作为一个目前人类尚未充分开发的电磁频谱资源，不同于红外以及毫米波，它具有独特的频谱特性，具体表现在其光子能量低，安全性；带宽大，便于大容量高清实时通讯；对无极分子的穿透性，可以进行太赫兹透视成像；对众多物质具有指纹吸收特性，可以用来进行物质成分标定。太赫兹技术，已经成为二十一世纪非常重要的关键技术之一，具有非常广泛的应用背景以及科学研究价值。

但是，太赫兹技术的实际应用过程中面临一个巨大的障碍(空气中的水汽对太赫兹波具有强烈的吸收特性)，这对实际使用中太赫兹辐射源的各项性能指标(如小型化、高功率、窄线宽、连续可调谐等)提出更高要求。目前，高功率太赫兹辐射源的研究一直是太赫兹科学研究中的重点。按其产生方式分，太赫兹辐射源大体分为电子学源和光子学源两大类：电子学源主要包括自由电子激光器，返波管，电子学倍频源，量子级联激光器等；光子学源主要包括太赫兹差频源，太赫兹时域光谱系统，太赫兹混频源，太赫兹气体激光器等。

太赫兹雷达，相比较微波、无线电雷达，具有指向性好、防隐身探测、景深大、高清快速传输等特性，具有极高的军用、民用应用价值。关于太赫兹远距离探测技术，目前基本还处于起始研究阶段，主要采用电子学倍频太赫兹辐射源作为主动发射源(如专利适用于太赫兹雷达和通信系统的MMAOP架构，专利号：CN201410094418.3；一种用于测云的地面太赫兹雷达系统，申请号：CN201510040930.4)，但该类太赫兹辐射源有效工作频段局限在低频范围(1THz以下)，无法延伸至高频频段(1THz以上)。

在已知的众多太赫兹辐射源中，太赫兹差频源具有体积适中，辐射功率高(尤其是1THz以上频段)，窄线宽(GHz量级)，调谐范围大(0.1THz—4THz)，连续可调谐，室温工作等优点，被认为是太赫兹实际应用的理想光源。

本发明将采用高功率太赫兹差频源作为主动发射源，进行太赫兹远距离主动探测系统研究，该项发明是远距离太赫兹技术应用中的一个重要研究方向，该项发明将广泛应用于太赫兹主动成像、太赫兹遥感、太赫兹雷达、太赫兹安检等重要领域。

发明内容

本发明对太赫兹差频源主动探测系统进行研究，在高功率太赫兹光学差频辐射源研究的基础上，并通过太赫兹透镜组准光学手段，实现高信噪比、远距离目标的太赫兹主动探测。由于使用的太赫兹光学差频源辐射功率高，发散角小，该套系统具有非常高的目标探测信噪比以及较远的目标探测距离能力；同时由于该太赫兹差频源具有非常宽的频谱辐射范围，同时该系统具有良好的频谱兼容性，原则上适用于整个太赫兹频段的远距离目标探测要求。

具体内容如下：本发明使用两束太赫兹差频泵浦光分别来源于窄线宽1064nm ns脉冲调Q Nd:YAG激光器以及窄线宽波长可调谐光学参量振荡器，这两束泵浦光束经一系列光学元件(光束延迟线、半波片、偏振耦合棱镜)的排列组合后成一束光束，该合束光束激光达到空间、时间上的完全重合，最终垂直入射至硒化镓晶体中产生高功率的太赫兹光辐射。该太赫兹光经发射光路太赫兹透镜组作用后，成为准平行光(较小光束发散角)照射到远距离目标上，其目标表面的反射和散射光由逆向光路返回，并通过太赫兹光反射镜改变方向，最终被太赫兹透镜组聚焦至太赫兹探测器中，实现目标的太赫兹信号远距离主动探测。