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CN109297932A - 一种太赫兹准光伺服镜扫描连续波反射成像系统 - Google Patents

一种太赫兹准光伺服镜扫描连续波反射成像系统 Download PDF

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CN109297932A CN201810991427.0A CN201810991427A CN109297932A CN 109297932 A CN109297932 A CN 109297932A CN 201810991427 A CN201810991427 A CN 201810991427A CN 109297932 A CN109297932 A CN 109297932A
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李召阳
肖勇
张镜水
王文鹏
张春艳
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Beijing Institute of Remote Sensing Equipment
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Beijing Institute of Remote Sensing Equipment
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Abstract

本发明公开了一种太赫兹准光伺服镜扫描连续波反射成像系统，包括：太赫兹信号源(1)、喇叭天线(2)、菲涅耳透镜A(3)、分束镜(4)、菲涅耳透镜B(5)、样品采样台(9)和计算机(11)，还包括：折转反射镜(6)、扫描平面镜(7)、伺服(8)和自混频太赫兹探测器(10)；本发明采用准光伺服镜扫描技术代替二维电控支架扫描，能够提高样品采样数据的获取速度；同时采用自混频太赫兹探测器代替热电探测器，提高了信号检测的响应速度，能够有效地配合扫描平面镜实现对待测样品反射图像信息的采集，满足实时性要求较高的应用场合。

Description

一种太赫兹准光伺服镜扫描连续波反射成像系统
技术领域
本发明涉及一种太赫兹连续波反射成像系统，特别是一种太赫兹准光伺服镜扫描连续波反射成像系统。
背景技术
太赫兹波对非极性、非金属物质具有良好的穿透性，某些特定的物质，在太赫兹波段存在吸收峰，因此太赫兹波段常用于样品检测。太赫兹连续波反射成像系统由于只记录样品反射的强度信息，而且不需要时间延迟装置，相比太赫兹时域光谱成像系统结构简单、操作方便、数据获取速度较快，在某些方面具有应用前景。现有的太赫兹连续波反射成像系统一般包括：太赫兹信号源、喇叭天线、斩波器、成像透镜、分束镜、热探测器、电控运动支架、计算机。待测样品固定在扫描支架上，计算机控制扫描支架进行扫描，使得成像透镜的汇聚光束依次入射到待测样品不同的部位，通过热探测器采集样品反射的二维强度信息获得目标的反射图像。但是电控运动支架扫描速度以及热探测器响应速度有限，在实时性要求较高的场合太赫兹连续波反射成像系统无法满足使用需求。
发明内容
本发明目的在于提供一种太赫兹准光伺服镜扫描连续波反射成像系统，解决电控运动支架扫描速度以及热探测器响应速度有限，在实时性要求较高的场合下，太赫兹连续波反射成像系统无法满足使用需求的问题。
一种太赫兹准光伺服镜扫描连续波反射成像系统，包括：太赫兹信号源、喇叭天线、菲涅耳透镜A、分束镜、菲涅耳透镜B、样品采样台、计算机，还包括折转反射镜、扫描平面镜、伺服、自混频太赫兹探测器。
采用共焦传输成像光路，连接关系为：太赫兹信号源的输出口与喇叭天线馈电输入口连接；菲涅耳透镜A的前焦点与喇叭天线的高斯束腰位置重合，菲涅耳透镜A的后焦点与菲涅耳透镜B的前焦点位置重合，分束镜放置在菲涅耳透镜A与菲涅耳透镜B的公共焦点处；折转反射镜放置于菲涅耳透镜B的后面，扫描平面镜与折转反射镜平行相对放置，样品采样台位于扫描平面镜后面、菲涅耳透镜B的后焦点汇聚处。自混频太赫兹探测器的接收窗口位于分束镜的反射光路上，自混频太赫兹探测器的数据输出口与计算机的数据采集输入口连接，伺服位于扫描平面镜的背部，同时伺服的控制口与计算机的控制口连接。
更优的，所述自混频太赫兹探测器是一种基于GaN/AlGaN场效应管室温太赫兹探测器，利用场效应管的非线性对接收太赫兹波自混频，输出正比于入射波能量的电压信号，该探测器具有响应速度快、灵敏度高的特点。
更优的，所述喇叭天线采用能辐射高斯波束的对角型角锥喇叭天线或者圆锥波纹喇叭天线，辐射效率大于85％。
更优的，所述分束镜为高电阻硅材料的半透半反镜，与光路成45°放置，发射光路利用其透射特性，接收光路利用其反射特性。
进一步的，成像系统工作时，发射光路上，太赫兹信号源输出信号经喇叭天线变换成高斯波束辐射出去，高斯波束经过菲涅耳透镜A汇聚并入射到分束镜，菲涅耳透镜A的出射光经过分束镜透射后进入菲涅耳透镜B，经菲涅耳透镜B汇聚后出射光束进入折转反射镜，折转反射镜的出射光进入扫描平面镜，扫描平面镜的出射光汇聚在样品采样台上的待测目标上；接收光路上，待测目标反射的太赫兹波经过扫描平面镜与折转反射镜反射后进入菲涅耳透镜B，菲涅耳透镜B将接收到待测目标反射的太赫兹波再次汇聚，反向进入分束镜，分束镜将载待测目标图像信息的太赫兹波反射到自混频太赫兹探测器上；成像过程中扫描平面镜在伺服的控制下对样品采样台上待测目标不同的位置进行扫描，由于待测目标不同位置表面及内部结构的不同，自混频太赫兹探测器接收到的反射太赫兹波信号强弱也就不同；计算机控制伺服扫描与自混频太赫兹探测器信号接收同步工作，实时采集伺服输出的角度信号与自混频太赫兹探测器输出的电压数据，最后通过计算机数据分析处理，得到的待测目标的太赫兹二维反射图像，从而实现对待测目标的无损检测。
本发明采用准光伺服镜扫描技术代替二维电控支架扫描，能够提高样品采样数据的获取速度；同时采用自混频太赫兹探测器代替热电探测器，提高了信号检测的响应速度，能够有效地配合扫描平面镜实现对待测样品反射图像信息的采集，满足实时性要求较高的应用场合。
附图说明
图1一种太赫兹准光伺服镜扫描连续波反射成像系统示意图。
1.太赫兹信号源 2.喇叭天线 3.菲涅耳透镜A 4.分束镜 5.菲涅耳透镜 B6.折转反射镜 7.扫描平面镜 8.伺服 9.样品采样台 10.自混频太赫兹探测器 11.计算机
具体实施方式
一种太赫兹准光伺服镜扫描连续波反射成像系统，包括：太赫兹信号源1、喇叭天线2、菲涅耳透镜A3、分束镜4、菲涅耳透镜B5、样品采样台9、计算机11，还包括：折转反射镜6、扫描平面镜7、伺服8、自混频太赫兹探测器10。
采用共焦传输光路搭建成像系统，连接关系为：太赫兹信号源1的输出口与喇叭天线2馈电输入口连接；菲涅耳透镜A3的前焦点与喇叭天线2的高斯束腰位置重合，菲涅耳透镜A3的后焦点与菲涅耳透镜B5的前焦点位置重合，分束镜4放置在菲涅耳透镜A3与菲涅耳透镜B5的公共焦点处；折转反射镜6放置于菲涅耳透镜B5的后面，扫描平面镜7与折转反射镜6平行相对放置，样品采样台9位于扫描平面镜7后面、菲涅耳透镜B5的后焦点汇聚处。自混频太赫兹探测器10的接收窗口位于分束镜4的反射光路上，自混频太赫兹探测器10的数据输出口与计算机11的数据采集输入口连接，伺服8位于扫描平面镜7的背部，同时伺服8的控制口与计算机11的控制口连接。
自混频太赫兹探测器10，是一种基于GaN/AlGaN场效应管室温太赫兹探测器，利用场效应管的非线性对接收太赫兹波自混频，输出正比于入射波能量的电压信号，该探测器具有响应速度快、灵敏度高的特点。
喇叭天线2，采用能辐射高斯波束的对角型角锥喇叭天线或者圆锥波纹喇叭天线，辐射效率大于85％。
分束镜4，为高电阻硅材料的半透半反镜，与光路成45°放置，发射光路利用其透射特性，接收光路利用其反射特性。
工作时，发射光路上，太赫兹信号源1输出信号经喇叭天线2变换成高斯波束辐射出去，高斯波束经过菲涅耳透镜A3汇聚并入射到分束镜4，菲涅耳透镜A3的出射光经过分束镜4透射后进入菲涅耳透镜B5，经菲涅耳透镜B5汇聚后出射光束进入折转反射镜6，折转反射镜6的出射光进入扫描平面镜7，扫描平面镜7的出射光汇聚在样品采样台9上的待测目标上。接收光路上，待测目标反射的太赫兹波经过扫描平面镜7与折转反射镜6反射后进入菲涅耳透镜B5，菲涅耳透镜B5将接收到待测目标反射的太赫兹波再次汇聚，反向进入分束镜4，分束镜4将载待测目标图像信息的太赫兹波反射到自混频太赫兹探测器10上。成像过程中扫描平面镜7在伺服8的控制下对样品采样台9上待测目标不同的位置进行扫描，由于待测目标不同位置表面及内部结构的不同，自混频太赫兹探测器10接收到的反射太赫兹波信号强弱也就不同。计算机11控制伺服8扫描与自混频太赫兹探测器10信号接收同步工作，实时采集伺服8输出的角度信号与自混频太赫兹探测器10输出的电压数据，最后通过计算机11数据分析处理，得到的待测目标的太赫兹二维反射图像，从而实现对待测目标的无损检测。

Claims (5)

1.一种太赫兹准光伺服镜扫描连续波反射成像系统，包括：太赫兹信号源(1)、喇叭天线(2)、菲涅耳透镜A(3)、分束镜(4)、菲涅耳透镜B(5)、样品采样台(9)和计算机(11)，其特征在于还包括：折转反射镜(6)、扫描平面镜(7)、伺服(8)和自混频太赫兹探测器(10)；
采用共焦传输光路搭建成像系统，连接关系为：太赫兹信号源(1)的输出口与喇叭天线(2)馈电输入口连接；菲涅耳透镜A(3)的前焦点与喇叭天线(2)的高斯束腰位置重合，菲涅耳透镜A(3)的后焦点与菲涅耳透镜B(5)的前焦点位置重合，分束镜(4)放置在菲涅耳透镜A(3)与菲涅耳透镜B(5)的公共焦点处；折转反射镜(6)放置于菲涅耳透镜B(5)的后面，扫描平面镜(7)与折转反射镜(6)平行相对放置，样品采样台(9)位于扫描平面镜(7)后面、菲涅耳透镜B(5)的后焦点汇聚处；自混频太赫兹探测器(10)的接收窗口位于分束镜(4)的反射光路上，自混频太赫兹探测器(10)的数据输出口与计算机(11)的数据采集输入口连接，伺服(8)位于扫描平面镜(7)的背部，同时伺服(8)的控制口与计算机(11)的控制口连接。
2.根据权利要求1所述的太赫兹准光伺服镜扫描连续波反射成像系统，其特征在于，所述自混频太赫兹探测器(10)是一种基于GaN/AlGaN场效应管室温太赫兹探测器，利用场效应管的非线性对接收太赫兹波自混频，输出正比于入射波能量的电压信号。
3.根据权利要求1所述的太赫兹准光伺服镜扫描连续波反射成像系统，其特征在于，所述喇叭天线(2)，采用能辐射高斯波束的对角型角锥喇叭天线或者圆锥波纹喇叭天线，辐射效率大于85％。
4.根据权利要求1所述的太赫兹准光伺服镜扫描连续波反射成像系统，其特征在于，所述分束镜(4)为高电阻硅材料的半透半反镜，与光路成45o放置，发射光路利用其透射特性，接收光路利用其反射特性。
5.根据权利要求1至4任一所述的太赫兹准光伺服镜扫描连续波反射成像系统，其特征在于，成像系统工作时，发射光路上，太赫兹信号源(1)输出信号经喇叭天线(2)变换成高斯波束辐射出去，高斯波束经过菲涅耳透镜A(3)汇聚并入射到分束镜(4)，菲涅耳透镜A(3)的出射光经过分束镜(4)透射后进入菲涅耳透镜B(5)，经菲涅耳透镜B(5)汇聚后出射光束进入折转反射镜(6)，折转反射镜(6)的出射光进入扫描平面镜(7)，扫描平面镜(7)的出射光汇聚在样品采样台(9)上的待测目标上；接收光路上，待测目标反射的太赫兹波经过扫描平面镜(7)与折转反射镜(6)反射后进入菲涅耳透镜B(5)，菲涅耳透镜B(5)将接收到待测目标反射的太赫兹波再次汇聚，反向进入分束镜(4)，分束镜(4)将载待测目标图像信息的太赫兹波反射到自混频太赫兹探测器(10)上；成像过程中扫描平面镜(7)在伺服(8)的控制下对样品采样台(9)上待测目标不同的位置进行扫描，由于待测目标不同位置表面及内部结构的不同，自混频太赫兹探测器(10)接收到的反射太赫兹波信号强弱也就不同；计算机(11)控制伺服(8)扫描与自混频太赫兹探测器(10)信号接收同步工作，实时采集伺服(8)输出的角度信号与自混频太赫兹探测器(10)输出的电压数据，最后通过计算机(11)数据分析处理，得到的待测目标的太赫兹二维反射图像，从而实现对待测目标的无损检测。
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