[发明专利]一种太赫兹波分束系统

说明书

本发明公开了一种太赫兹波分束系统，包括频率源加倍频器模块、高斯束赋形喇叭天线、一维傅里叶相栅、热电探测器和两个90度偏置抛物面反射镜，频率源加倍频器模块的输出端电性连接高斯束赋形喇叭天线的输入端，并将输出信号通过高斯束赋形喇叭天线耦合至自由空间中，输出信号的束腰位置与90度偏置抛物面反射镜A的焦点重合，通过90度偏置抛物面反射镜A的准直，发送至一维傅里叶相栅的表面，并通过90度偏置抛物面反射镜B进行聚束，热电探测器可对聚束后的信号进行扫描接收。本发明的太赫兹波分束系统可以避免使用多个太赫兹频率源，降低了太赫兹阵列接收机的复杂度，同时本系统结构简单，便于加工，成本低，且衍射效率高。

技术领域

本发明涉及太赫兹波成像技术领域，尤其涉及一种太赫兹波分束系统。

背景技术

太赫兹波与可见光和红外线相比，能够以很小的衰减穿透非极性和弱极性介质材料，这使得太赫兹成像具备全天候工作以及探测藏匿于衣物之下的危险品的能力，且不存在微波成像系统的重量过重、体积过大的问题。在安全，天文，军事等领域太赫兹成像要求足够大的信道容量，高的成像速度和效率，多通道阵列接收机的使用就显得尤为重要。

为了在太赫兹频段实现阵列接收，如果给每个通道的混频器都提供一个独立的本振源，由于太赫兹的器件造价较高，使得整个系统体积庞大，成本昂贵，而且太赫兹频段的频率源技术研究尚未成熟，很难实现多个独立本振源在相位、幅度和频率上的同步，然而另一种方案，即由一个本振源同时得到同频等幅的多个波束去激励多个混频器，可以很好解决这些问题。目前实现多个太赫兹本振源的方法有两种：在由一个普通微波源激励的倍频器基础上实现的固态波导多波束发生器和通过衍射单个太赫兹源产生多个太赫兹波束的反射式相栅，前者在较高的太赫兹频段由波导实现的多波束还未得到验证，且波导损耗会随着频率的增加而增大，而后者在实现整个系统结构简化和低成本上更具优势。

相栅(phase grating)是一种通过调节入射波前相位，将单个波束转换为有限多个相位幅度为特定分布的光学衍射元件，一般可以通过设计相栅表面的几何结构得到等幅且空间分布满足特定要求的多个波束。这样的衍射元件包括相位离散的Dammann光栅和Kinoform光栅，周期性介电圆柱阵列，相位连续的傅里叶相栅(Fourier phase grating)等。傅里叶相栅因其高的衍射效率被广泛应用红外波段的单色波分束和赋形，连续相位变化的特点更易于使用金属材料加工，根据光路的不同又分为反射式和透射式，反射式的傅里叶相栅，可避免透射式光栅同时具有吸收损耗和反射损耗的问题。傅里叶相栅得名于相栅表面的相位函数可以用傅里叶级数表示，通过设计相应的优化算法，使用有限个傅里叶系数就能很好地刻画相栅表面结构，得到预期的衍射波束，而且傅里叶系数足够多时衍射效率可以达到90％以上，将相位函数转换为光程差就可以得到傅里叶相栅浮雕深度。相位离散的Dammann光栅深度变化是边缘垂直于水平面的矩形波，不仅陡峭的边缘加工需要用到复杂的光刻技术，而且得到的光栅衍射效率也较低。傅里叶相栅的相位函数是多个正弦级数的叠加，连续且具有周期性的，反射式的傅里叶相栅可以使用精密数控铣削技术(CNCMilling，Computerized Numerical Control Milling)加工金属铝块得到，加工复杂度低。

发明内容

发明目的：针对太赫兹阵列接收中的多路本振复用难题，本发明提出一种太赫兹波分束系统。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种太赫兹波分束系统，所述太赫兹波分束系统包括有频率源加倍频器模块、高斯束赋形喇叭天线、90度偏置抛物面反射镜A、一维傅里叶相栅、90度偏置抛物面反射镜B和热电探测器，所述频率源加倍频器模块的输出端电性连接高斯束赋形喇叭天线的输入端，并将输出信号通过所述高斯束赋形喇叭天线耦合至自由空间中，所述输出信号辐射出的高斯束束腰位置与90度偏置抛物面反射镜A的焦点重合，通过所述90度偏置抛物面反射镜A的准直，发送至所述一维傅里叶相栅的表面，同时通过所述90度偏置抛物面反射镜B进行聚束，所述热电探测器可对聚束后的信号进行扫描接收。