[发明专利]基于布鲁斯特角测量的太赫兹物质介电常数测量系统

说明书

本发明涉及一种基于布鲁斯特角测量的太赫兹物质介电常数测量系统，利用物质具有的布鲁斯特角的特性以及布鲁斯特角与物质介电常数之间的关系，通过检测极化太赫兹波检测不同材质平板的布鲁斯特角，来求解出物质介电常数。采用自行设计的信号传输‑会聚‑准直光路系统、自行设计的由双层旋转台组成的样品检测模块、同步控制单元、信号处理单元及图像显示单元，灵活使用了圆极化天线与线极化天线通过反射的方式，在多极化的测量、计算下完成了对目标布鲁斯特角的准确测量，最终通过介电常数与布鲁斯特角的关系公式计算出目标介电常数，对太赫兹成像安检技术的发展和推广有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种测量技术，特别涉及一种基于布鲁斯特角测量的太赫兹物质介电常数测量系统。

背景技术

太赫兹(THz)成像技术是THz技术的重要应用方向之一。THz辐射是指频率在0.1-10THz范围内的电磁辐射，由于THz波比红外具有更小的散射消光系数，THz波在传播、散射、反射、吸收和透射等方面与红外和微波存在显著不同的特点。THz波对非极性材料(如硬纸板、塑料、陶瓷、泡沫材料等)具有较好的穿透性，能够探测隐藏的违禁品；THz光子能量小，不会引起生物组织的光致电离，适合于生物医学成像；THz辐射成像的分辨率高，成像对比度和均匀性好，对塑料、陶瓷、泡沫材料、介电材料、毒品、化学和生物制剂等较为敏感，能有效鉴别多种常规手段所无法识别的伪装和隐形等。与常规微波成像相比，THz波具有更高的分辨率，可以实现对更小目标的探测和成像；与红外和可见光相比，THz波对沙尘和烟雾具有更好的穿透能力，便于实现全天候工作。因此，THz波成像可与其他频段的电磁波成像形成互补，在物质鉴别和隐蔽危险品探测等方面显示出良好的应用前景，并为科学研究提供一种新的强有力的方法。

THz波成像需要利用THz波的相位、频率、极化等信息，而目前THz波成像技术主要是依靠频率、相位信息，更多的是不注意极化信息的，这就导致了成像结果忽略了目标很多细节信息。更重要的是，极化对目标的材质属性较为敏感。

THz成像在物质检测方面，目前能够达到的水平只是在同一区域内区分出不同材质目标，但无法确定目标材质确切属性。能够在成像的同时，检测出目标的确定材质是THz成像的发展趋势之一。利用极化信息去反演目标的材质属性则是其中的一大研究方向。

发明内容

本发明是针对THz成像在物质检测方面无法确定目标材质确切属性的问题，提出了一种基于布鲁斯特角测量的太赫兹物质介电常数测量系统,经过长期对极化THz波检测技术的研究，利用物质具有的布鲁斯特角的特性以及布鲁斯特角与物质介电常数之间的关系，对物质在THz波段内的介电常数的检测提出了一种新的检测手段，利用极化太赫兹波检测不同材质平板的布鲁斯特角，求解出物质介电常数。

本发明的技术方案为：一种基于布鲁斯特角测量的太赫兹物质介电常数测量系统，包括：模拟数字电路、带有圆极化天线的太赫兹信号发射模块、光路系统、样品检测模块、装有水平和垂直线极化天线的太赫兹信号接收模块和由上位机实现的同步控制单元、信号处理单元及图像显示单元，模拟数字电路作为信号源与数据存储器的核心，连接太赫兹发射模块与接收模块；带有圆极化天线的太赫兹信号发射模块向外辐射圆极化太赫兹信号，太赫兹信号通过光路系统进行会聚、准直并传输，圆极化太赫兹波发射照射在样品检测模块中样品架上的样品表面；装有水平和垂直线极化天线的太赫兹信号接收模块接收样品反射圆极化太赫兹信号的垂直和水平极化辐射分量信号，并将信号传输至模拟数字电路；同步控制单元控制样品检测模块转动，从而控制接收太赫兹波的入射样品角度；信号处理单元记录模拟数字电路采集到的极化太赫兹信号数据和同步控制单元的太赫兹波入射样品角度数据，信号处理单元将太赫兹信号数据转化为极化信号比值数据，并与入射角一一对应，信号处理单元输出数据传输给图像显示单元，图像显示单元显示入射角-信号比值曲线，比值最大对应角度即为布鲁斯特角θ，通过布鲁斯特角θ与介电常数ε的关系公式，最终求得样品的介电常数ε。