CN109490241A - 基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***及其构建方法 - Google Patents
基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***及其构建方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109490241A CN109490241A CN201811495130.1A CN201811495130A CN109490241A CN 109490241 A CN109490241 A CN 109490241A CN 201811495130 A CN201811495130 A CN 201811495130A CN 109490241 A CN109490241 A CN 109490241A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- terahertz
- antenna array
- photoconductive antenna
- array
- antenna
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 25
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000011160 research Methods 0.000 claims description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 2
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 claims 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 claims 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 208000019155 Radiation injury Diseases 0.000 description 1
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***及其构建方法，所述方法包括以下步骤：制备优化的探测单元结构设计、光电导天线阵列的微加工制造、实现利用空间光调制器对探测阵列进行门控激发和搭建脉冲式太赫兹成像***。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)本发明所述基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***实现太赫兹波高效探测的光电导天线阵列，分辨率优于λ/10，单元信噪比优于70dB；(2)所述***利用空间光调制器对光电导天线阵列进行门控激发，并结合多通道锁相放大技术，实现一种动态、灵活、高效、快速的数据采集方法。
Description
技术领域
本发明属于太赫兹成像技术，涉及一种太赫兹成像***，具体为基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***及其构建方法。
背景技术
太赫兹成像技术最初是在时域光谱***的基础上发展起来的。典型的太赫兹成像***通常将样品放置于太赫兹***中，通过利用二维扫描平台移动样品或者单点探测器，从而纪录样品不同位置的透射或反射信息。对样品的每一个像素点提取太赫兹时域波形，通过数据处理重建样品图像。自从Hu等人首次利用透射式太赫兹逐点扫描成像技术对芯片内部结构和树叶含水量进行了成像以来，太赫兹成像技术引起了人们的广泛关注并得到了迅速发展。由于该方法可以通过锁相放大技术降噪，因此可以实现高信噪比成像(信噪比达到104或更高)。然而，由于传统的太赫兹单点成像***通常采用逐点机械扫描的测量方式，扫描时间长，数据采集速度慢。成像时间取决于样品大小及扫描步长。我们在前期的研究工作中发现，当利用基于此方法的单点探测器对一个尺寸为8mm×8mm的目标进行成像时，需耗时10h以上(扫描步长:250μm)。因此，该方法不利于对待测目标进行动态测量或实时监控。此外，在扫描过程中，激光源和太赫兹源的功率波动，或者待测样品物理状态或化学特性的变化，都会影响成像结果，这无疑限制了该成像方式在工业监测等领域的应用。
基于压缩传感(Compressive sensing)的成像技术可以显著提高单点探测器的图像采集速度，而且具有较高的信噪比。利用该理论，可以通过算法将一个稀疏的图像信号从高度欠采样的测量结果中进行重建。因此，可以从远小于图像总像素的少量测量值来重建原始图像，显著缩短成像时间。基于该理论的单像素相机最早在可见光波段提出，并随后于2008年由Chan拓展至太赫兹波段。该***一般采用多个随机掩膜板对目标图像进行稀疏采样，并利用单点探测器测量采样值，之后利用算法重建目标图像。最初，样品的稀疏采样由施加在样品前的若干组金属掩膜板实现，但由于每次测量都需要人工切换掩膜板，费时费力。近年来，该方法受到了很大关注，研究人员提出了多种的可动态切换掩膜板的实现方式，如基于超材料的空间光调制器和硅基光控太赫兹幅度调制器等，极大的推动了该领域的进一步发展。
另外一种可以显著提高太赫兹成像速度的方式是采用阵列式探测技术。比较常见的是基于电光效应的采样技术和基于光电导天线的探测技术。其中，电光采样技术采用电光晶体(如ZnTe)和面阵CCD相机作为探测装置。该方法无需对样品进行二维扫描就能直接提取整个样品二维信息，因此可以克服单点探测器逐点扫描耗时过长的缺点，显著提高了成像速度，并可以对样品进行实时监控。然而，在实际应用中，由于***通过CCD对太赫兹图像信息进行采集，无法利用锁相放大器降噪，因此***的信噪比受到了极大地限制，这也阻碍了其进一步工业发展。
基于光电导天线的阵列的成像技术可以利用锁相放大技术获得高信噪比，同时可以实现快速成像。典型的实现方式是将多个光电导天线单元集成在同一半导体芯片上，通过将飞秒激光脉冲聚焦至天线单元间隙对其进行高速门控激发(Optical gating)，可以实现样品扫描成像。Herrmann等人于2002年首次研制成功8通道太赫兹成像阵列。在该***中，为了实现对阵列单元的门控激发，作者将扩束后的飞秒激光源聚焦至整个天线阵列区域，只有约5％的激光能量被阵列单元间隙有效利用，多余的激光能量造成了高的背景噪声，因此限制了其进一步发展。随后，Pradarutti等人提出采用微透镜阵列将飞秒激光进行分束并分别聚焦至每个天线单元的电极间隙，然后使用多通道锁相检测技术来同时读取16个通道的数据。该***具有较高的信噪比(与单个天线相当)。然而，由于微透镜阵列制备工艺复杂，而且与天线阵列对准困难，空间分辨率被限制为～500μm。
此外，由于太赫兹波波长较长，受衍射效应的限制，传统远场太赫兹成像***的分辨率为其波长量级，在一定程度上制约了太赫兹成像技术的应用。因此，发展近场探测成像技术对于获得更高的成像分辨率显得尤为重要。目前比较常见的报道有基于探针式、孔径法，和高度聚焦光束的近场成像手段。
光电导天线阵列的加工是太赫兹成像的关键技术之一。太赫兹光电导天线最早于上世纪80年代由Auston和Grischkowsky等人提出，并一直发展到现在，目前已经成为一种比较普遍的太赫兹发射、探测手段。基于此手段的太赫兹波发射及探测均需要借助飞秒激发源来实现。针对不同的飞秒激发源种类及其工作波长(如800nm，1550nm及1030nm)，其衬底材料及微加工工艺有所不同。一般情况下，光电导天线即可以作为太赫兹发射器，同时也可以作为接收器。但是，为达到最优的工作效率，不同的工作模式对天线材料特性的选择及加工工艺有不同的要求。例如，太赫兹发射器一般需要基底材料具有高电子迁移率，而太赫兹接收器一般需要极短的载流子寿命和高电阻率。目前的太赫兹时域***通常采用近红外的钛蓝宝石激光器作为激光源。针对该工作波长(800nm)，比较常见的基底材料有辐射损伤的硅蓝宝石或低温生长的砷化镓。与硅蓝宝石相比，低温生长的砷化镓材料具有更短的载流子寿命，更宽的频率以及更高的信号强度，因此，更有利于进行太赫兹波探测。到目前为止，研究者对不同结构的光电导天线进行了大量研究，如偶极子型(Dipole)，领结型(Bowtie)，螺旋型(Spiral antenna)等。然而，由于缺乏一种灵活、高效、快速的阵列式门控激发方式，目前的研究报道(及商业的光电导天线)多数局限在单点式天线单元的结构设计和性能研究。
发明内容
解决的技术问题：为了克服现有技术的不足，获得一种具有高分辨率、高信噪比的光电导探测天线阵列，并探索其基于空间光调制器的阵列式动态光学门控激发技术；通过采用多通道锁相放大器并行采集数据，实现高信噪比、快速太赫兹近场成像，本发明提供了基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***及其构建方法。
技术方案：基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***的构建方法，所述方法包括以下步骤：
第1步、制备优化的探测单元结构设计
研究分析光电导天线基底材料特性、不同天线结构及尺寸，和激励激光脉冲特性对太赫兹探测性能的影响，并利用时域有限差分法和电磁仿真软件对其进行数值模拟与验证；
第2步、光电导天线阵列的微加工制造
根据激励光源波长及天线单元的工作模式，选择天线材料或确定其生产工艺，获得具有短载流子寿命和高电阻率特性的半导体材料；另外，选择天线电极材料或确定其生产工艺，与基底材料形成良好的欧姆接触；最后，利用光刻、刻蚀的方法图形化金属电极；
第3步、实现利用空间光调制器对探测阵列进行门控激发
根据***要求，选择透射式或反射式液晶空间光调制器，并研究利用其进行光电导天线阵列高效门控激发的可行性：首先对飞秒脉冲激光进行扩束，然后利用空间光调制器对入射光束进行分束、调制，并最终分别聚焦至探测单元间隙；在控制信号的作用下，对探测阵列进行同时、部分、或依次按序门控激发；研究利用低噪音放大器和锁相放大器的数据采集技术，为后续实现太赫兹成像做好准备；
第4步、搭建脉冲式太赫兹成像***
采用钛蓝宝石锁模飞秒激光器为激发源，并利用分束镜将其分为泵浦脉冲和探测脉冲，前者经过时间延迟***后入射到太赫兹辐射产生装置上产生太赫兹脉冲，该脉冲由一对抛物面反射镜后聚焦至待测样品，后者经过光学扩束后，由空间光调制器对其进行分束、调制、并分别聚焦至光电导天线单元间隙，从而驱动太赫兹天线阵列单元进行测量；利用低噪音前置放大器和多通道锁相放大器实现数据采集，通过控制时间延迟***调节泵浦脉冲和探测脉冲之间的时间延迟，探测太赫兹脉冲的整个时域波形，通过数据处理，重建待测样品太赫兹图像。
优选的，第1步中所述天线为偶极子天线，结构为I形或H形。
优选的，第2步中天线材料选用低温生长的砷化镓；基底材料选用半绝缘的砷化镓，其为200-300℃生长的1μm厚的砷化镓薄膜层。
优选的，探测阵列与样品之间的间距范围为500um-3mm。
以上任一方法构建获得的基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***。
有益效果：(1)本发明所述基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***实现太赫兹波高效探测的光电导天线阵列，分辨率优于λ/10，单元信噪比优于70dB；(2)所述***利用空间光调制器对光电导天线阵列进行门控激发，并结合多通道锁相放大技术，实现一种动态、灵活、高效、快速的数据采集方法；(3)所述***可以进一步实现基于稀疏阵列和压缩感知理论的快速太赫兹成像。利用该理论,可以通过算法将一个稀疏的图像信号从高度欠采样的测量结果中进行重建，即可以从远小于图像总像素的少量测量值来重建原始图像,显著缩短成像时间。该***通过同步激发并采集光电导天线阵列中特定位置的太赫兹成像单元，然后利用算法重建目标图像，从而实现高速太赫兹成像。
附图说明
图1是本发明所述基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***构建方法的技术路线图；
图2是光电导天线单元设计图，(a)为H形偶极子天线，(b)为I形偶极子天线，(c)为简化的天线单元加工工艺示意图；其中，L为偶极子长度、g为间隙、w为电极宽度(L＝80um,g＝5um,w＝20um)，D为电极宽度，l为间隙p为电极焊盘尺寸；
图3是基于透射式空间光调制器的光电导天线阵列门控示意图；
图4是太赫兹近场成像***示意图。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
如图1所示，基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***的构建方法包括以下步骤：
第1步、光电导天线阵列的设计
光电导天线的探测性能(效率、带宽、分辨率、信号强度)主要取决于以下几点因素：基底材料特性(如载流子寿命、暗电阻率、载流子迁移率等)，天线结构和尺寸，以及门控激光特性(如强度、脉宽、聚焦位置、光斑大小等)。因此，基底材料及其工艺的选择，天线结构、尺寸的设计，以及工作模式的选择对实现高效太赫兹探测至关重要。
为了便于实现光电导天线的阵列化及集成化，主要研究两种不同的偶极子天线结构，即I形和H形，如图2中(a)和(b)所示。通过研究其结构和尺寸(如偶极子长度L、间隙g、电极宽度w等)对太赫兹天线探测带宽、效率、和信号强度的影响，实现电极结构的优化设计。该工作主要利用基于时域有限差分法(Finite-difference time-domain,FDTD)的Comsol模拟软件和基于时域有限积分法的电磁仿真软件(Computer simulation technology,CST)完成。
第2步、光电导天线阵列的微加工制备
在完成天线结构优化设计后，利用微加工技术制备光电导天线阵列。天线材料选用低温生长的砷化镓，该材料在低温生长条件下具有较短载流子寿命和高电阻率，是实现太赫兹波高效检测的理想材料。该工艺在分子束外延(Molecular beam epitaxy,MBE)设备中实现，衬底材料选用半绝缘的砷化镓(Semi-insulating gallium arsenide,SI-GaAs)，并在低温条件(约200-300℃)生长约1μm厚的砷化镓薄膜层。在低温条件下，可以生长出非整比化合物，从而形成缺陷，可以显著降低载流子的寿命(亚皮秒量级)。通过调节退火温度，优化砷化镓材料的电阻率特性，从而利于太赫兹波的探测。最后在砷化镓表面制作金属电极。为了形成良好的欧姆接触，采用电子束蒸发工艺依次沉积Ti/Pt/Au电极(50/100/200nm)，最后，利用光刻、刻蚀的方法图形化电极结构。为了便于后续器件测试引线，我们在电极结构中设计了尺寸较大的正方形焊盘。两种天线单元的结构设计及其简化的加工流程如图2所示。
第3步、基于空间光调制器的动态门控激发技术研究
为了利用上述光电导天线阵列对待测样品实现快速成像，需要探索一种高效的阵列式的门控激发技术。采用德国Holoeye液晶空间光调制器实现该目的。该调制器是一种动态光学器件，分为透射式和反射式两种，二者都可以满足项目要求。其工作原理是通过利用外加电压改变液晶分子指向，控制其双折射特性，从而实现对入射光波振幅、相位的调制。空间光调制器由许多独立单元(像素)构成，在空间上排成二维阵列结构，每个单元可以独立接收电学信号控制。因此，该器件可以对入射激励脉冲进行分束，并对其振幅和相位进行分别调制，最终分别聚焦至探测单元间隙，并选通该单元。在控制信号的作用下，可以对探测阵列进行同时、部分、或依次按序激发，从而实现一种动态、灵活、高效、快速的成像方法。在图3中，以透射式液晶空间光调制器为例，展示了其工作模式。
第4步、搭建太赫兹时域成像***，完成太赫兹近场成像试验
采用钛宝石锁模飞秒激光器为激发光源，搭建太赫兹成像***，如图4所示。飞秒激光脉冲经过分束镜后被分为两路相干光：泵浦脉冲和探测脉冲。前者经过时间延迟***后入射到太赫兹发射器产生太赫兹脉冲，然后通过一对抛物面镜后经过聚焦至待测样品。为提高***信噪比，发射器我们采用商用高功率光电导天线。探测脉冲经过扩束后，由透射式空间光调制器分束、调制、并分别聚焦至未加偏置电压的光电导天线阵列单元间隙，从而激发产生电子电子-空穴对(自由载流子)。与此同时，同步到达的太赫兹脉冲作为加在天线单元上的偏置电场，并驱动载流子运动，并在天线单元中形成光电流。该信号通过低噪音电流放大器放大后，被锁相放大器采集。通过采用多通道锁相放大器(Signal Recovery,8Channel)并行采集数据，可以实现快速、高信噪比太赫兹成像。此外，通过研究门控激光束的强度，光斑位置和尺寸，可以调节光电导基底材料中的光生载流子浓度及空间分布，从而进一步提高并优化光电导阵列的探测效率。最后，通过将样品紧靠光电导天线阵列，并优化单元结构设计，可以实现太赫兹近场成像，从而显著提供其成像分辨率。利用三维移动平台调整探测阵列和样品之间的间距，可以研究不同间距对成像分辨率等性能的影响，从而优化成像***。
Claims (5)
1.基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***的构建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
第1步、制备优化的探测单元结构设计
研究分析光电导天线基底材料特性、不同天线结构及尺寸，和激励激光脉冲特性对太赫兹探测性能的影响，并利用时域有限差分法和电磁仿真软件对其进行数值模拟与验证；
第2步、光电导天线阵列的微加工制造
根据激励光源波长及天线单元的工作模式，选择天线材料或确定其生产工艺，获得具有短载流子寿命和高电阻率特性的半导体材料；另外，选择天线电极材料或确定其生产工艺，与基底材料形成良好的欧姆接触；最后，利用光刻、刻蚀的方法图形化金属电极；
第3步、实现利用空间光调制器对探测阵列进行门控激发
根据***要求，选择透射式或反射式液晶空间光调制器，并研究利用其进行光电导天线阵列高效门控激发的可行性：首先对飞秒脉冲激光进行扩束，然后利用空间光调制器对入射光束进行分束、调制，并最终分别聚焦至探测单元间隙；在控制信号的作用下，对探测阵列进行同时、部分、或依次按序门控激发；研究利用低噪音放大器和锁相放大器的数据采集技术，为后续实现太赫兹成像做好准备；
第4步、搭建脉冲式太赫兹成像***
采用钛蓝宝石锁模飞秒激光器为激发源，并利用分束镜将其分为泵浦脉冲和探测脉冲，前者经过时间延迟***后入射到太赫兹辐射产生装置上产生太赫兹脉冲，该脉冲由一对抛物面反射镜后聚焦至待测样品，后者经过光学扩束后，由空间光调制器对其进行分束、调制、并分别聚焦至光电导天线单元间隙，从而驱动太赫兹天线阵列单元进行测量；利用低噪音前置放大器和多通道锁相放大器实现数据采集，通过控制时间延迟***调节泵浦脉冲和探测脉冲之间的时间延迟，探测太赫兹脉冲的整个时域波形，通过数据处理，重建待测样品太赫兹图像。
2.根据权利要求1所述的基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***的构建方法，其特征在于，第1步中所述天线为偶极子天线，结构为I形或H形。
3.根据权利要求1所述的基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***的构建方法，其特征在于，第2步中天线材料选用低温生长的砷化镓；基底材料选用半绝缘的砷化镓，其为200-300℃生长的1μm厚的砷化镓薄膜层。
4.根据权利要求1所述的基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***的构建方法，其特征在于，探测阵列与样品之间的间距范围为500um-3mm。
5.权利要求1-4任一方法构建获得的基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811495130.1A CN109490241B (zh) | 2018-12-07 | 2018-12-07 | 基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***及其构建方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811495130.1A CN109490241B (zh) | 2018-12-07 | 2018-12-07 | 基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***及其构建方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109490241A true CN109490241A (zh) | 2019-03-19 |
| CN109490241B CN109490241B (zh) | 2021-08-10 |
Family
ID=65709692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811495130.1A Active CN109490241B (zh) | 2018-12-07 | 2018-12-07 | 基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***及其构建方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109490241B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110333396A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-10-15 | 广州视源电子科技股份有限公司 | 场强成像***及其成像方法 |
| CN110600857A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-12-20 | 西安理工大学 | 一种太赫兹光电导天线阵列及其探测器 |
| CN111077151A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-04-28 | 北京航空航天大学 | 一种基于空间光调制器的原子自旋多通道检测方法及装置 |
| CN111505629A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-08-07 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种太赫兹安检成像***及方法 |
| CN112485229A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-03-12 | 电子科技大学 | 一种基于自由电子激发和光电探测的相干近场检测*** |
| CN112698114A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-04-23 | 北京无线电测量研究所 | 一种天线近场数据采集方法和*** |
| CN113218910A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-06 | 重庆邮电大学 | 一种基于超表面结构的太赫兹成像***及方法 |
| CN114486804A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-05-13 | 江南大学 | 一种宽带太赫兹波图像重建*** |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105628642A (zh) * | 2016-01-08 | 2016-06-01 | 上海理工大学 | 一种提高太赫兹光学检测***频谱信噪比的方法 |
| CN105806800A (zh) * | 2014-12-30 | 2016-07-27 | 深圳先进技术研究院 | 太赫兹光纤传感装置及利用该装置的污染物检测方法 |
| CN105870582A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-08-17 | 深圳市太赫兹***设备有限公司 | 太赫兹近场探测器、光电导天线及其制作方法 |
-
2018
- 2018-12-07 CN CN201811495130.1A patent/CN109490241B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105806800A (zh) * | 2014-12-30 | 2016-07-27 | 深圳先进技术研究院 | 太赫兹光纤传感装置及利用该装置的污染物检测方法 |
| CN105628642A (zh) * | 2016-01-08 | 2016-06-01 | 上海理工大学 | 一种提高太赫兹光学检测***频谱信噪比的方法 |
| CN105870582A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-08-17 | 深圳市太赫兹***设备有限公司 | 太赫兹近场探测器、光电导天线及其制作方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| B. PRADARUTTI ET AL: "《Terahertz line detection by a microlens array coupled photoconductive antenna array》", 《OPTICS EXPRESS》 * |
| 张振伟等: "《太赫兹成像技术的实验研究》", 《红外与毫米波学报》 * |
| 李铁元等: "《低温生长砷化镓光电导天线产生太赫兹波》", 《中国激光》 * |
| 许悦红等: "《基于光导微探针的近场/远场可扫描太赫兹光谱技术》", 《物理学报》 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110333396A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-10-15 | 广州视源电子科技股份有限公司 | 场强成像***及其成像方法 |
| CN110600857A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-12-20 | 西安理工大学 | 一种太赫兹光电导天线阵列及其探测器 |
| CN111077151A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-04-28 | 北京航空航天大学 | 一种基于空间光调制器的原子自旋多通道检测方法及装置 |
| CN111505629A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-08-07 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种太赫兹安检成像***及方法 |
| CN111505629B (zh) * | 2020-05-08 | 2021-02-02 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种太赫兹安检成像***及方法 |
| CN112485229A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-03-12 | 电子科技大学 | 一种基于自由电子激发和光电探测的相干近场检测*** |
| CN112485229B (zh) * | 2020-10-29 | 2022-03-15 | 电子科技大学 | 一种基于自由电子激发和光电探测的相干近场检测*** |
| CN112698114A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-04-23 | 北京无线电测量研究所 | 一种天线近场数据采集方法和*** |
| CN112698114B (zh) * | 2020-12-10 | 2023-04-14 | 北京无线电测量研究所 | 一种天线近场数据采集方法和*** |
| CN113218910A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-06 | 重庆邮电大学 | 一种基于超表面结构的太赫兹成像***及方法 |
| CN114486804A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-05-13 | 江南大学 | 一种宽带太赫兹波图像重建*** |
| CN114486804B (zh) * | 2021-12-29 | 2024-04-05 | 江南大学 | 一种宽带太赫兹波图像重建*** |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109490241B (zh) | 2021-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109490241A (zh) | 基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像***及其构建方法 | |
| Wu et al. | Dynamic range of an electro‐optic field sensor and its imaging applications | |
| JP3388319B2 (ja) | 自由空間の電磁放射を特徴づけるための電気光学及び磁気光学感知装置及び方法 | |
| US6734974B2 (en) | Terahertz imaging with dynamic aperture | |
| US9658155B2 (en) | System and method for identifying materials using a THz spectral fingerprint in a media with high water content | |
| CN103954802B (zh) | 长波长扫描近场显微分析*** | |
| CN102331403B (zh) | 近场太赫兹THz时域光谱表征方法及其测试装置 | |
| WO2017070997A1 (zh) | 高速三维显微成像***及方法 | |
| CN106646510B (zh) | 一种基于光子标记的首光子激光成像*** | |
| CN1996029A (zh) | THz信号高灵敏度探测器与摄像头 | |
| US20070222693A1 (en) | Multi-band terahertz receiver and imaging device | |
| JP2011215167A (ja) | 電磁波を用いる検査装置、及び検査方法 | |
| CN207515999U (zh) | 一种大面积金属介质膜光栅衍射效率测量的装置 | |
| CN102445420A (zh) | 基于太赫兹量子器件的透射成像装置及成像方法 | |
| CN103499392A (zh) | 一种太赫兹波远场探测超衍射分辨成像仪 | |
| CN105572688A (zh) | 激光雨雪粒子成像探测仪 | |
| CN103149217B (zh) | 光学元件表面及亚表面缺陷检测红外锁相成像方法及装置 | |
| Qiu et al. | Reflective scanning imaging based on a fast terahertz photodetector | |
| CN110376156A (zh) | 异步光学采样和双光梳集成的太赫兹波谱*** | |
| Federici et al. | Terahertz near-field imaging | |
| CN107064049A (zh) | 一种用于鉴别有机物成分和含量的光学装置及鉴别方法 | |
| CN114002181A (zh) | 一种集成自旋太赫兹源的太赫兹超表面生物传感器 | |
| CN205229461U (zh) | 激光雨雪粒子成像探测仪 | |
| Ma et al. | Real-time imaging of electromagnetic fields | |
| CN107479048A (zh) | InGaAs材料MSM结构光电混频探测器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |