太赫茲探測成像陣列光學組件設計.pdf

1、太赫茲探測成像技術是太赫茲科學技術領域的一大研究熱點?；谖蚪Y構的太赫茲探測成像技術具有室溫工作、實時陣列成像、兼容硅CMOS工藝及高探測性能等特性。在無損檢測、安防及生物醫(yī)學成像等領域有著巨大的市場前景。本文研究了太赫茲探測成像系統(tǒng)中相關的光學組件，包括太赫茲光勻化器設計、太赫茲光學鏡頭設計、新型太赫茲光學窗口三部分內容。
　　設計了采用微球面反射鏡陣列的太赫茲光束勻化器，對太赫茲光擴束的同時使其能量分布平坦化。用 Trace

2、Pro軟件建立了物理模型、進行了光線追跡，分析了影響擴束及均勻化效果的因素，優(yōu)化了結構尺寸。其中正方形單元的周期為600μm、焦距為2.26μm，陣列數(shù)為31×31，入射光與陣列夾角為45°時，在距離太赫茲源垂直距離200 mm處實現(xiàn)了對太赫茲光水平方向8倍，垂直方向10倍的擴束，同時其能量分布平坦化，達到了設計要求。
　　設計了三鏡片折射式太赫茲鏡頭，鏡片材料為高阻硅，前表面涂覆18μm的聚對二甲苯減反增透膜。其有效焦距f=36

3、.4 mm，有效相對孔徑F=0.81，系統(tǒng)總長l=58.99 mm，視場角2?=20°，在1 m遠處能分辨的最小尺寸為3.23 mm。該鏡頭對初級球差有較好的矯正，MTF曲線表明鏡頭整體性能較均勻，對細節(jié)分辨能力高，可以滿足太赫茲探測成像系統(tǒng)的需求。同時，研究了菲涅爾透鏡成像的影響因素，設計了F=0.33，f=38 mm的超大相對孔徑菲涅爾透鏡，在2.52 THz波段實現(xiàn)了良好的聚焦。
　　研究了高阻硅表面涂覆不同材料增透膜時對太

4、赫茲光的透過特性，并在高阻硅表面制備了聚酰亞胺的減反增透膜，測量結果表明，單面涂覆19μm厚的PI薄膜時太赫茲光的透過率提高了11％，雙面涂覆15μm厚的PI薄膜時對太赫茲光的透過率提高了35%。結合仿真優(yōu)化分析，設計了浮雕周期為27μm，浮雕占空比為75%，浮雕深度13μm的周期性亞波長浮雕陣列增透減反結構，使高阻硅對2.52 THz光的反射率降低到3.8%，效果明顯。同時為降低7~14μm背景紅外輻射對探測器性能的影響，設計了基于頻