本申請涉及太赫茲波技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種太赫茲波成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

有關(guān)太赫茲波譜段的物質(zhì)特性的研究一直是科學(xué)界的“真空地帶”(terahertz gap)，隨著太赫茲源和探測器技術(shù)的日益進(jìn)步，逐漸使太赫茲波及其應(yīng)用成為近年來學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的研發(fā)熱點(diǎn)。

太赫茲波之所以在基礎(chǔ)研究、工業(yè)應(yīng)用、生物醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域有相當(dāng)重要的應(yīng)用前景，在于它具有以下特點(diǎn)：(a)太赫茲譜帶波長比一般光學(xué)和近紅外譜的波長要長，檢測生物組織樣本不易發(fā)生散射；太赫茲輻射比微波具有更短的波長，這使得太赫茲光譜具有更高的空間分辨率，更大的景深。(b)太赫茲波穿透性好，能夠穿透非極性液體和許多介電材料(衣服、塑料、木材、紙張等)，這意味著人們可利用太赫茲波穿透包裝材料對其內(nèi)部物體進(jìn)行探測。(c)由于太赫茲波的光子能量很低(毫電子伏量級)，它穿透物質(zhì)時(shí)，不易發(fā)生電離，因而可用來進(jìn)行安全的無損檢測，與之對應(yīng)的X射線檢測則有相當(dāng)?shù)碾婋x輻射危險(xiǎn)。(d)許多物質(zhì)大分子，如生物大分子的振動和旋轉(zhuǎn)頻率都在太赫茲波段，所以在太赫茲波段表現(xiàn)出很強(qiáng)的吸收和諧振，這表明采用太赫茲光譜分析技術(shù)可以很明顯的看到很多物體、材料在太赫茲波段的特征吸收峰，即可用太赫茲波對待檢物品進(jìn)行非接觸式成分分析。(e)太赫茲波的時(shí)域頻譜信噪比很高，這使得太赫茲非常適用于成像應(yīng)用。太赫茲脈沖的典型脈寬在皮秒量級，可以方便地對各種材料(包括液體、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、生物樣品等)進(jìn)行時(shí)間分辨的研究。

鑒于太赫茲波具有的這些優(yōu)點(diǎn)，利用太赫茲波對被測樣品進(jìn)行成像、以此對被測樣品的內(nèi)部進(jìn)行探測成為太赫茲波一個重要的應(yīng)用方向。在對物質(zhì)進(jìn)行探測時(shí)，傳統(tǒng)的明場成像方式會將被測樣品和背景會被太赫茲波束同時(shí)照亮，造成成像襯度較差，從而無法顯現(xiàn)被測樣品的表面紋理、凸高、缺陷等細(xì)節(jié)部分。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N太赫茲波成像系統(tǒng)，用于對被測樣品進(jìn)行暗場成像，以解決明場成像方式下不易體現(xiàn)待測樣品的表面紋理、凸高和缺陷等細(xì)節(jié)部分的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，現(xiàn)提出的方案如下：

一種太赫茲波成像系統(tǒng)，包括依次排列太赫茲源、聚光鏡、物鏡和太赫茲探測器、還包括與所述太赫茲探測器相連接的處理裝置和設(shè)置在所述聚光鏡上的中心遮擋裝置，其中：

所述太赫茲源用于發(fā)射太赫茲波；

所述聚光鏡位于所述太赫茲源的前方，用于對所述太赫茲源發(fā)射的太赫茲波準(zhǔn)直和聚焦到待測樣品上；

所述物鏡設(shè)置在待測樣品的后方，用于收集從所述待測樣品上散射出來的太赫茲波，并匯聚到所述太赫茲探測器；

太赫茲探測器用于接收所述物鏡匯聚的太赫茲波，并根據(jù)接收到的太赫茲波生成太赫茲波信號；

所述處理裝置用于對所述太赫茲波信號進(jìn)行處理，得到所述待測樣品的太赫茲波圖像；

可選的，所述太赫茲源為光學(xué)太赫茲源、電子太赫茲源或等離子太赫茲源。

可選的，所述聚光鏡包括準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)和聚焦機(jī)構(gòu)，其中：

所述準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)用于對所述太赫茲波進(jìn)行準(zhǔn)直控制；

所述聚焦機(jī)構(gòu)用于對所述太赫茲波進(jìn)行聚焦控制。

可選的，所述中心遮擋裝置為圓形金屬擋片或圓形液體膜擋片。

可選的，所述液體膜擋片包括一個透明材質(zhì)的圓形透明腔體，其中：

所述圓形透明腔體內(nèi)容納有用于吸收太赫茲波的液體物質(zhì)。

可選的，所述液體物質(zhì)為蒸餾水。

可選的所述圓形透明腔體的中心設(shè)置有用于注入所述液體物質(zhì)的注入孔。

可選的，所述圓形透明腔體包括位于所述中部的圓形小腔體和圍繞所述圓形小腔體同心依次布置的多個環(huán)形腔室；

所述環(huán)形腔室之間設(shè)置有用于通過所述液體物質(zhì)的流量控制閥。

可選的，所述液體膜擋片包括多個擋片支架和設(shè)置在所述擋片支架上可拆卸的多個圓形液膜擋片；

所述多個圓形液膜擋片的半徑依次增大；

所述圓形液膜擋片包括透明腔體和灌注在所述透明腔體內(nèi)、用于吸收太赫茲波的液體物質(zhì)。

可選的，所述液體物質(zhì)為蒸餾水。

從上述的技術(shù)方案可以看出，本申請公開了一種太赫茲波成像系統(tǒng)，用于對待測樣品進(jìn)行成像，包括太赫茲源、聚光鏡、物鏡、太赫茲探測器、處理裝置和中心遮擋裝置。太赫茲源用于發(fā)射太赫茲波，聚光鏡用于對太赫茲源發(fā)射的太赫茲波進(jìn)行準(zhǔn)直和聚焦，并將經(jīng)過準(zhǔn)直和聚焦后的太赫茲波照射到待測樣品上，物鏡用于收集從待測樣品上散射出來的太赫茲波，并匯聚到太赫茲探測器，太赫茲探測器用于接收物鏡匯聚的太赫茲波，并根據(jù)接收到的太赫茲波生成太赫茲波信號，處理裝置用于對太赫茲波信號進(jìn)行處理，得到待測樣品的太赫茲波圖像。中心遮擋裝置位于太赫茲波進(jìn)入待測樣品前的傳輸路徑上，用于遮擋經(jīng)過聚光鏡的中心區(qū)域的太赫茲波，從而不使垂直入射波進(jìn)入到物鏡內(nèi)，使進(jìn)入物鏡的只是由待測樣品微粒或待測樣品的表面紋理、凸高或缺陷等所散射的太赫茲波束，使在較暗的視場背景上給出較亮的圖像，即暗場成像方式，從而能夠解決明場成像方式下無法顯現(xiàn)待測樣品的表面紋理、凸高和缺陷等細(xì)節(jié)部分的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請實(shí)施例提供的一種太赫茲波成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本申請?zhí)峁┑囊环N圓形液體膜擋片的俯視圖；

圖3為本申請?zhí)峁┑牧硪环N圓形液體膜擋片的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本申請實(shí)施例中的附圖，對本申請實(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)施例僅僅是本申請一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾堉械膶?shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請保護(hù)的范圍。

實(shí)施例

圖1為本申請實(shí)施例提供的一種太赫茲波成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，本實(shí)施例提供的太赫茲波成像系統(tǒng)用于對待測樣品30進(jìn)行太赫茲波成像，以對其為結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，具體包括依次排列的太赫茲源10、聚光鏡20、物鏡40、太赫茲探測器50和處理裝置(未示出)，待測樣品30位于聚光鏡20與物鏡40之間。除此之外，本系統(tǒng)還包括中心遮擋裝置60。

太赫茲源10用于產(chǎn)生太赫茲波，太赫茲波的產(chǎn)生原理可基于光學(xué)方法、電子學(xué)方法和等離子方法等，因此太赫茲源10可以為基于光學(xué)方法的光學(xué)太赫茲源、基于電子學(xué)方法的電子太赫茲源或者基于等離子原理的等離子太赫茲源。

聚光鏡20位于太赫茲源10的后方，具體為位于太赫茲源10所發(fā)出的太赫茲波的路徑上，用于對太赫茲波進(jìn)行準(zhǔn)直和聚焦，本申請中僅用聚光鏡20對其進(jìn)行簡化表述，其實(shí)在實(shí)際應(yīng)用中具體包括用于對太赫茲波進(jìn)行準(zhǔn)直的準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)(未示出)，和用于對太赫茲波進(jìn)行對焦的對焦機(jī)構(gòu)(未示出)。

待測樣品30置于一個移動平臺(未示出)上，在對待測樣品進(jìn)行檢測時(shí)，通過對移動平臺的上下左右移動可以將待測樣品進(jìn)行移動，從而可以使經(jīng)過聚光鏡20準(zhǔn)直和聚焦的太赫茲波的波束對待測樣品30進(jìn)行全面的照射。

物鏡40用于收集從待測樣品30上散射出來的太赫茲波，并匯聚到位于其后方的太赫茲探測器50上。

太赫茲探測器50用于接收物鏡40匯聚的太赫茲波，并將太赫茲波轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的太赫茲波信號，該信號為適于進(jìn)行圖像處理的電信號或者數(shù)字信號。

處理裝置用于對太赫茲探測器50輸出的太赫茲波信號進(jìn)行處理，得到反映待測樣品30的結(jié)構(gòu)的太赫茲波圖像。

中心遮擋裝置60位于太赫茲波束的路徑上，用于對經(jīng)過聚光鏡20的太赫茲波的中心區(qū)域進(jìn)行遮擋，從而不使垂直入射波進(jìn)入到物鏡40內(nèi)，使進(jìn)入物鏡40的只是由微?；虼郎y樣品的表面紋理、凸高或缺陷等所散射的太赫茲波束，從而使在較暗的視場背景上給出較亮的圖像，即暗場成像方式。中心遮擋裝置60可以設(shè)置在緊靠聚光鏡20的位置處。

從上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)施例提供了一種太赫茲波成像系統(tǒng)，用于對待測樣品進(jìn)行成像，包括太赫茲源、聚光鏡、物鏡、太赫茲探測器、處理裝置和中心遮擋裝置。太赫茲源用于發(fā)射太赫茲波，聚光鏡用于對太赫茲源發(fā)射的太赫茲波進(jìn)行準(zhǔn)直和聚焦，并將經(jīng)過準(zhǔn)直和聚焦后的太赫茲波照射到待測樣品上，物鏡用于收集從待測樣品上散射出來的太赫茲波，并匯聚到太赫茲探測器，太赫茲探測器用于接收物鏡匯聚的太赫茲波，并根據(jù)接收到的太赫茲波生成太赫茲波信號，處理裝置用于對太赫茲波信號進(jìn)行處理，得到待測樣品的太赫茲波圖像。中心遮擋裝置位于太赫茲波進(jìn)入待測樣品前的傳輸路徑上，用于遮擋經(jīng)過聚光鏡的中心區(qū)域的太赫茲波，從而不使垂直入射波進(jìn)入到物鏡內(nèi)，使進(jìn)入物鏡的只是由微?；虼郎y樣品的表面紋理、凸高或缺陷等所散射的太赫茲波束，使在較暗的視場背景上給出較亮的圖像，即暗場成像方式，從而能夠解決明場成像方式下無法顯現(xiàn)待測樣品的表面紋理、凸高和缺陷等細(xì)節(jié)部分的問題。

傳統(tǒng)的金屬材質(zhì)的擋片會將直射過來的太赫茲波反射回去，反射波會和入射波發(fā)生干涉效應(yīng)，并影響最終的成像質(zhì)量，另外，反射波也會對太赫茲源的發(fā)射造成一定的影響。為了避免這一缺陷，本申請優(yōu)選圓形液體膜擋片遮擋入射的太赫茲波，以盡量消除發(fā)射帶來的不利影響。

同時(shí)，本申請?jiān)O(shè)計(jì)的液體膜擋片可方便、迅速的調(diào)節(jié)液體膜的尺寸大小，針對不同類型的樣品達(dá)到最佳暗場成像效果，而傳統(tǒng)的金屬材質(zhì)擋片則不易調(diào)節(jié)尺寸。

圖2為本申請?zhí)峁┑囊环N圓形液體膜擋片的俯視圖。

如圖2所示，本申請?zhí)峁┑膱A形液體膜擋片包括一個透明材質(zhì)的圓形透明腔體61，本處的“透明”與前述的“透明”概念相同，均是對太赫茲波吸收較小的材質(zhì)。并且在透明腔體61內(nèi)灌注能夠吸收太赫茲波的液體物質(zhì)，由于水對太赫茲波有較強(qiáng)的吸收作用，根據(jù)參考文獻(xiàn)，在0.3THz-3.72THz頻段，22℃的蒸餾水其吸收系數(shù)最低為123cm^-1，因此我們只要把水膜的厚度設(shè)置為0.5mm，就可使水膜對太赫茲波的透過率降到千分之一左右(根據(jù)公式L＝-ln(T)/α，其中L為水膜厚度，T為太赫茲波透過率，α為水對太赫茲波的吸收系數(shù))，且水較為廉價(jià)，因此本申請優(yōu)選蒸餾水作為該液體物質(zhì)。

在對不同的待測樣品進(jìn)行暗場成像時(shí)，需要根據(jù)聚焦鏡的數(shù)值孔徑、太赫茲波長、樣品材質(zhì)參數(shù)對遮擋面積進(jìn)行調(diào)整，為此，該透明腔體包括一個位于中心的透明小腔體611和圍繞該透明小腔體的多個同心布置、且半徑依次增大的環(huán)形腔室612組成。在透明小腔體611的中心設(shè)置有用于注入液體物質(zhì)的注入孔613，在環(huán)形腔室612之間設(shè)置用于供液體物質(zhì)通過的流量控制閥614。

在透明腔體61內(nèi)部通過注入孔613注入液體物質(zhì)，使之充滿整個內(nèi)部腔體，并通過流量控制閥614進(jìn)出每一層環(huán)形腔室612，由此達(dá)到液體膜在液體膜擋片的指定區(qū)域內(nèi)的覆蓋，使只有擋片邊緣區(qū)域未覆蓋液體膜的區(qū)域才可以透過太赫茲波束。

這種液體膜擋片無需更換，只要簡單的調(diào)整其中液體膜的面積區(qū)域即可滿足更換其他硬件之后新系統(tǒng)的暗場測量條件。該調(diào)整既可以通過手動調(diào)節(jié)，又可以通過電機(jī)自動調(diào)整，根據(jù)暗場成像清晰度調(diào)整液體膜區(qū)域面積，達(dá)到最佳暗場成像效果。

該液體膜擋片還可以調(diào)整到完全不擋住太赫茲波的狀態(tài)(排出其中的液體膜)，在這種情況下從聚焦鏡會聚直射過來的太赫茲波束可以不受阻擋的穿過該機(jī)構(gòu)到達(dá)待測樣品表面，這就是常用的明場測量方法。隨著手動或電動控制液體膜在中心擋片結(jié)構(gòu)中慢慢鋪開，聚焦鏡中心處的直射太赫茲波束被液體膜所吸收，只有邊緣的太赫茲波束以較大的散射角度到達(dá)樣品上，達(dá)到暗場成像效果。因此本實(shí)用新型可以很方便的切換系統(tǒng)的明場測量和暗場測量狀態(tài)，便于使用者從明場、暗場兩個狀態(tài)對樣品進(jìn)行觀察，可以得到較為豐富的圖像特征信息。

圖3為本申請?zhí)峁┑牧硪环N圓形液體膜擋片的側(cè)視圖。

這種圓形液體膜擋片包括擋片支架62，在擋片支架62中設(shè)置有多個可拆卸的圓形液膜擋片63，每個液膜擋片63的半徑依次增大。在使用時(shí)，根據(jù)計(jì)算加工液膜擋片63，然后將液膜擋片63根據(jù)調(diào)節(jié)的范圍按順序(液體面積的等圓變化)依次疊加后裝入擋片支架62中，然后由固定在擋片支架62和推板64上的彈簧641使液膜擋片處于夾緊的狀態(tài)。

本說明書中各個實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本申請。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本申請將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。