太赫茲波光學(xué)透鏡及太赫茲波系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)元件技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種太赫茲波光學(xué)透鏡及太赫茲波系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在太赫茲THz波系統(tǒng)中，對(duì)THz波進(jìn)行傳輸、控制的光學(xué)元件非常重要，其中，對(duì)THz波衍射效應(yīng)進(jìn)行約束的透鏡是各光學(xué)元件中較為重要的器件。THz透鏡分兩類，一類是反射式，一類是透射式。反射式透鏡由于自身結(jié)構(gòu)和安裝等原因，難以應(yīng)用在發(fā)散角大的THz波源系統(tǒng)中，如量子級(jí)聯(lián)THz波源，典型的THz波源的發(fā)散角為60度，有的甚至高達(dá)160度。為改善應(yīng)用廣泛性問題，對(duì)透射式透鏡進(jìn)行研宄具有重要意義，發(fā)明人經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的太赫茲波光學(xué)透鏡厚度較大，對(duì)所傳輸?shù)腡Hz波吸收明顯，采用這樣的太赫茲波光學(xué)透鏡對(duì)THz波進(jìn)行傳輸，會(huì)大大降低所傳輸THz波的強(qiáng)度，對(duì)THz波的應(yīng)用造成了不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種太赫茲波光學(xué)透鏡及太赫茲波系統(tǒng)，以改善現(xiàn)有技術(shù)中太赫茲波光學(xué)透鏡厚度較大，會(huì)大大降低所傳輸THz波的強(qiáng)度，對(duì)THz波的應(yīng)用造成了不利影響的問題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例采用的技術(shù)方案如下:
[0005]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種太赫茲波光學(xué)透鏡，包括透射式透鏡，所述透射式透鏡為二元光學(xué)微結(jié)構(gòu)。
[0006]所述透射式透鏡上設(shè)有增透結(jié)構(gòu)。
[0007]所述增透結(jié)構(gòu)為亞波長抗反射微結(jié)構(gòu)。
[0008]所述亞波長抗反射微結(jié)構(gòu)為:在所述二元光學(xué)微結(jié)構(gòu)的透射式透鏡上刻蝕加工而成。
[0009]所述透射式透鏡由4-甲基戊烯TPX材料或高阻硅或石英晶體制造而成。
[0010]所述透射式透鏡由所述4-甲基戊烯TPX材料制造而成，所述透射式透鏡由所述4-甲基戊烯TPX材料經(jīng)注塑成型得到。
[0011]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種太赫茲波系統(tǒng)，包括太赫茲波源、太赫茲探測(cè)器和光學(xué)元件，所述光學(xué)元件包括太赫茲波光學(xué)透鏡，所述太赫茲波光學(xué)透鏡包括透射式透鏡，所述透射式透鏡為二元光學(xué)微結(jié)構(gòu)。
[0012]所述透射式透鏡上設(shè)有增透結(jié)構(gòu)，所述增透結(jié)構(gòu)為亞波長抗反射微結(jié)構(gòu)。
[0013]所述透射式透鏡由4-甲基戊烯TPX材料或高阻硅或石英晶體制造而成。
[0014]本發(fā)明實(shí)施例中，摒棄了現(xiàn)有技術(shù)中采用聚合物、高阻硅等制作傳統(tǒng)透鏡的方案，將透射式透鏡設(shè)計(jì)為二元光學(xué)微結(jié)構(gòu)，基于二元光學(xué)特性，二元光學(xué)透鏡在實(shí)現(xiàn)元件功能的同時(shí)具有厚度薄的特性，對(duì)太赫茲THz波的傳輸強(qiáng)度影響較小，符合實(shí)際需求。
[0015]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例中，設(shè)有增透結(jié)構(gòu)，增透結(jié)構(gòu)為亞波長抗反射微結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)中采用聚合物增透膜作為增透元件整體透過率十分有限相比，亞波長抗反射微結(jié)構(gòu)能夠顯著提高增透效果。
[0016]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例中，將亞波長抗反射微結(jié)構(gòu)和二元光學(xué)微結(jié)構(gòu)相結(jié)合，構(gòu)成了 “復(fù)合微結(jié)構(gòu)”的太赫茲波光學(xué)透鏡，顯著提高了透鏡性能，為提高太赫茲波元件透過率提供了新思路，為太赫茲波的大規(guī)模推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
[0017]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例中，選用TPX或高阻硅或石英晶體材料制造透鏡。其中，TPX材料既對(duì)太赫茲波能實(shí)現(xiàn)較小的吸收系數(shù)，還能在可見光波段實(shí)現(xiàn)較小的吸收系數(shù)，而且在整個(gè)可見光波段到太赫茲波段色散小，因而若選用TPX材料做透鏡，可以直接采用可見光做準(zhǔn)直參考光，能夠極大地簡(jiǎn)化復(fù)雜太赫茲光學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)直和調(diào)試工作。
[0018]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例中，通過對(duì)透鏡所用材料(TPX)、結(jié)構(gòu)(復(fù)合微結(jié)構(gòu))的巧妙選擇，使得采用注塑成型得到透射式透鏡成為可能，這種透鏡制造方式能夠?qū)崿F(xiàn)透鏡的批量快速成型，實(shí)現(xiàn)太赫茲光學(xué)透鏡的高效率、低成本加工，符合實(shí)際需求。
[0019]本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)巧妙、實(shí)施方便、具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。
[0020]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例而了解。本發(fā)明實(shí)施例的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。以下提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]實(shí)施例1
[0023]THz波是指頻率從0.1THz到ΙΟΤΗζ，對(duì)應(yīng)波長從3微米到30微米，介于微波與紅外波段之間的電磁波。由于THz波具有如下基本特點(diǎn)而具有廣泛的應(yīng)用前景:瞬態(tài)性:脈沖THz波典型脈寬在ps量級(jí)，能方便地對(duì)各種材料進(jìn)行時(shí)間分辨研宄；寬帶性:脈沖THz波中，單脈沖僅含若干個(gè)周期，帶寬為GHz-THz，能在大范圍內(nèi)分析材料的光譜特征；相干性:相干長度的計(jì)算公式為L= λ2/Δ λ，由于THz波的波長較長，所以相干長度大；低能性:THz波單光子能量為meV量級(jí)，遠(yuǎn)小于X射線的單光子能量，輻照材料的時(shí)候?qū)Σ牧蠜]有電離損傷風(fēng)險(xiǎn)；穿透性:THz波對(duì)非極性絕緣物質(zhì)有很高的穿透性，這一點(diǎn)與X射線形成互補(bǔ)；懼水性:水對(duì)THz波有強(qiáng)吸收，因而可用THz波進(jìn)行物質(zhì)含水量研宄和產(chǎn)品質(zhì)量控制；光譜的特征吸收:許多極性分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)在太赫茲波段。
[0024]THz波系統(tǒng)中，除了 THz波源和THz探測(cè)器外，主要的是對(duì)THz波進(jìn)行傳輸和控制的光學(xué)元件?，F(xiàn)在，人們就THz波源和THz探測(cè)器的研宄開展得很多，但關(guān)于THz光學(xué)元件的設(shè)計(jì)研宄相對(duì)較少，由于THz波波長很長，衍射效應(yīng)明顯，THz系統(tǒng)光學(xué)元件中最為重要的是對(duì)THz波衍射效應(yīng)進(jìn)行約束的透鏡。
[0025]商用透鏡的厚度較大。無論透鏡采用的是聚合物材料還是高阻硅，在THz波段都有一定的吸收。透鏡厚度較大，會(huì)對(duì)所傳輸?shù)腡Hz波有比較明顯的吸收。另外，目前商用THz波光學(xué)透鏡能選擇的增透膜是聚合物增透膜，透過率有限，鍍?cè)鐾改ず笤恼w透過率只有90%左右。應(yīng)用這樣的多個(gè)透鏡對(duì)THz波進(jìn)行傳輸后，THz波強(qiáng)度會(huì)大大降低，從而影響THz應(yīng)用效果。
[0026]發(fā)明人經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)，二元光學(xué)器件具有重量輕、易復(fù)制、造價(jià)低等特點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)難以完成的微小、陣列、集成及任意波面變換等功能，若透鏡采用二元光學(xué)微結(jié)構(gòu)，則能在實(shí)現(xiàn)元件功能的同時(shí)減小透鏡厚度，從而顯著降低透鏡對(duì)太赫茲THz波的傳輸強(qiáng)度的影響。
[0027]基于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種太赫茲波光學(xué)透鏡，包括透射式透鏡，所述透射式透鏡為二元光學(xué)微結(jié)構(gòu)。
[0028]二元光學(xué)是基于光波衍射理論發(fā)展起來的一個(gè)新興光學(xué)分支，是光學(xué)與微電子技術(shù)相互滲透、交叉而形成的前沿學(xué)科?；谟?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和微米級(jí)加工技術(shù)制成的平面浮雕型二元光學(xué)器件具有重量輕、易復(fù)制、造價(jià)低等特點(diǎn)，由于二元光學(xué)微結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有通