专利名称：用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的设备。
背景技术：
分光设备现今广泛用于商业和科学应用中以标识和分析不同种类的物质。在典型的分光设备中，探针信号被发射至样品，并且然后分析信号的反射或透射的部分以捕获测试的物质的特征频谱。探针信号通常是红外、可见光或微波频率范围的电磁辐射，但是也能够使用电子或光子。探针信号的选择涉及将被研究的材料性质。最近，由于太赫(THz)辐射(位于电磁频谱的微波和红外光之间的范围)的可能的宽范围的科学和商业应用，其引起了科学和工程团体的兴趣。数个分子的振动模式位于频谱的此部分且水非常容易阻挡具有那些频率的电磁波的事实使得THz辐射成为研究利用 红外探针信号或其它类型的探针信号通常不易取得的材料性质的合适的探针。涉及探测并生成THz信号的可能性的技术困难已经长时间阻碍了完整的(complete) THz分光计的研发，但是现在世界上数个小组已经证明了以该方式使用THz辐射的可能性，并且甚至数个商业THz成像和分光设备是可得到的。最新THz分光设备基于能够生成短光脉冲来激发砷化镓THz发射体的飞秒激光源。生成的THz辐射被朝向样品发射，并且然后再次使用激光脉冲来对透射或反射的信号进行采样。图I和图2中分别示出了根据此原理操作的透射(图I)和反射(图2)分光计的示意图。图I示出了飞秒激光器200、扫描光学延迟线201、太赫发射器202、多个抛物柱面镜203、样品204、太赫探测器205、电流前置放大器206、以及A/D转换器和DSP (数字信号处理)单元207。图2示出了反射几何结构中的类似布置。此类型的设备描述于US6747736中。执行该频带中的分光术的其它设备使用返波振荡器(BW0)。两种方案均基于分离的且笨重的部件。BWO被认为在感兴趣的频率范围是非常低效的，并且飞秒激光器保持非常笨重和昂贵。在 “Al1-electronic terahertz spectroscopy device with terahertzfree-space pulses” (J. S. Bostak 等，J. Opt. Soc. Am. B, 11, No. 12, 1994 年 12 月)中描述的对该问题的不同途径使用用于非常短的脉冲的生成的非线性传输线，该脉冲的频谱含量达到THz的范围。图3中示出了该全电子分光设备的示意图。作为上述设备，此电子THz分光计也基于分离的且从而相当笨重的部件。在6. OGHz的信号由外部合成器100生成并且在到达与天线集成的非线性传输线106之前由30dBm放大器放大。在6. OGHz的源信号由非线性传输线106压缩为THz脉冲并由天线发射。束由硅透镜收集和聚焦并且由外部抛物面镜108再次聚焦。类似的布置存在于接收器侧(包括另一外部抛物面镜108)，其中探测器包括全电子两-二极管采样器，该采样器由来自另一外部合成器101的由30dBm放大器104放大的且由非线性传输线107压缩的信号和待采样的信号驱动。以此方式生成的IF信号(中间频率信号)被(低噪声放大器110)放大并且在外部仪器109 (其例如能够由频谱分析器或振荡器形成)上可视化。设置混频器105来输出触发信号至外部仪器109。由外部合成器100至其它外部合成器101设置用于锁相的IOMHz的参考时钟102。在引用的参考文献中描述了此设备的机能。对于以上描述的途径(基于激光器的一途径和基于返波振荡器的另一途径)，此设备也基于数个分离的部件并利用两个或三个外部测量仪器。结果，其不适合于普遍的、低成本商业应用。根据JP 2007-078621，使用表面等离子体共振来获取关于电导体部分附近的试样的信息的感测设备是已知的。激光用于生成和耦合包括THz频率区域的电磁波并将电磁波耦合至电导体部分。根据WO 2008/105888，包括辐射源和邻近辐射源安置的集成感测探针的感测系统是已知的。辐射源是例如太赫辐射源。集成感测探针包括基底、波纹反射表面和具有同轴波导尖端的同轴波导结构。通过将辐射耦合至表面等离子体偏振子，波纹反射器表面用于增强辐射通过尖端的透射率。能够包括收集光学器件的探测系统在部分透明样品基底的情况下能够安置在样品以下，或在样品旁边以测量散射信号，或在基底侧上的样品以上以测 量反射辐射，或其能够耦合至波导尖端以上的共振器以借助于波导尖端测量共振的失调。根据W02006/123153，用于太赫辐射的波导结构是已知的，其中，表面等离子体概念适用于全光太赫生成。飞秒脉冲激光束用于生成太赫辐射。太赫辐射借助于表面等离子体沿波导结构的界面传播。消逝波具有进入空气的尾部，其能够用于探测或感测气体或生物医学物质。
发明内容
本发明的目的是提供用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的设备，其适合于普遍的低成本商业应用。此外，此设备将具有提高的灵敏度。通过根据权利要求I的用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的设备实现了此目的。所述设备包括_发射器，包括用于生成电磁THz信号的THz信号生成器，所述THz信号生成器包括非线性传输线；以及-表面等离子体偏振子生成单元，适于将所述THz信号转换为表面等离子体偏振子。所述发射器和所述表面等离子体偏振子生成单元集成在一个公共的基底上或两个分开的基底上。在所述设备中，具有所述THz信号生成器的所述发射器和所述表面等离子体偏振子生成单元集成在一个公共的基底上或两个分开的基底上。从而，用于生成THz表面等离子体偏振子的所有部件集成在单个基底上或分别集成在多个基底上，并且所述设备以适合于低成本商业应用的非常紧凑的方式设置。优选地，所述基底是半导体基底，或在两个基底的情况下，该两个基底是半导体基底。例如，一个基底能够包括THz有源部分，即非线性传输线(NLTL)和单个振荡器(多个振荡器)，并且第二 (较低成本)基底能够包括等离子体部分。此方案也容许适合于低成本商业应用的非常紧凑的集成形式。因为利用表面等离子体偏振子，所以实现了用于分析样品的提高的灵敏度。利用非线性传输线容许可靠地实现期望的THz频谱。优选地，表面等离子体偏振子生成单元包括至少一个辐射元件和至少一个定向性产生结构。例如，辐射元件能够由类似天线的结构形成。在此情况下，能够产生具有满意的定向性的表面等离子体偏振子，并且能够优化所述设备以使得大多数辐射功率从自由空间辐射转变为表面波。例如，合适的辐射元件是微带(贴片)天线或狭缝(缝)天线。已经发现这些类型的天线能够以与平行板波导的边缘的运作相同的方式在宽的操作频率范围上发出表面波。能够由定向性产生结构在沿基底的特定方向上引导功率，定向性产生结构能够由反射器、腔、辐射元件的特定整形形成，或由辐射元件的合适地布置的阵列形成。例如能够使用半导体处理技术的标准金属叠层来集成表面等离子体偏振子生成单元。然而，表面等离子体偏振子生成单元能够例如包括附加金属、半导体和/或电介质(例如，有机电介质层、铜或铝)，其是在由半导体芯片形成的基底的表面之后处理的。应当注意，在优化表面等离子体生成单元的耦合效率时，较厚的电介质层和较高的电介质常数将将更多的能量耦合到THz表面等离子体偏振子中。所述设备还包括适于使生成的表面等离子体偏振子与样品相互作用的THz表面等离子体偏振子传感器。在两个基底的情况下，THz表面等离子体偏振子传感器优选地与表面等离子体偏振子生成单元集成在相同的基底上。在此情况下，适于实际感测待分析样品的性质的传感器也包括在单个基底上或分别包括在多个基底上，并且从而非常紧凑。表面等离子体偏振子传感器能够由传导表面层形成，能够在该传导表面上激发传播表面等离子体偏振子或局域化表面等离子体偏振子。THz表面等离子体偏振子传感器的材料能够是例如金属，或具有合适的电荷载流子浓度的掺杂或未掺杂半导体。半导体层能够例如是厚 的(即，比半导体趋肤深度大得多)，或薄的(与半导体趋肤深度相当或比其小)。存在用于实现期望灵敏度的数个可能性，例如通过提供覆盖有电介质层的平的表面，通过构建具有孔阵列的传导表面以增大半导体的有效趋肤深度和表面处的场增强，或通过在该表面上构建一个或数个波导以操控表面等离子体偏振子传播并增大其与待分析样品的相互作用。另一范例能够例如是提供周期性或复杂的表面结构，该结构导致THz表面等离子体偏振子的共振散射并借助于例如减慢表面等离子体偏振子传播或局域化共振结构中的表面等离子体偏振子来增大它们与待分析样品的相互作用。所述设备还包括接收器，所述接收器包括适于将表面等离子体偏振子转换为电磁THz信号的THz表面等离子体偏振子探测器。还有，用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的所述设备的所述接收器包括在单个基底上或分别在多个基底之一上。从而，提供了特别适合于普遍的低成本商业应用的全集成设备。如在发射器中，所述THz有源部分可以集成在与无源等离子体部分不同的基底上，两个基底密集放置在一起。THz表面等离子体偏振子探测器能够例如与表面等离子体偏振子生成单元类似地形成(但是通过将表面等离子体偏振子转换为电磁THz信号而以相反方式运作)。根据一方面，表面等离子体偏振子探测器包括至少一个天线，例如类似于上述表面等离子体偏振子生成单元的天线。优选地，接收器包括非线性传输线。在此情况下，能够可靠地探测信号。如果接收器包括两-二极管采样桥，则能够使用本地(locally)生成的脉冲或冲击来对所接收的信号进行可靠地采样。优选地，发射器和接收器二者各包括至少一个振荡器。另一可能性是由位于发射器(接收器)中的两个振荡器生成的信号之一用于接收器(发射器)中。根据一方面，THz信号生成器适于使得电磁THz信号为冲击或脉冲。从而,能够使用振荡器、放大器、和非线性传输线，或使用孤波振荡器(soliton oscillator)，来方便地生成期望的电磁THz信号。在一个实施中，THz信号生成器是孤波振荡器，孤波振荡器包括放大器和所述放大器的反馈回路中的非线性传输线。已经示出了该实施能够提供半高宽(FffHM)为293ps的脉冲，并且示出了对于低至Ips的较低FWHM的前景。优选地，所述设备还包括模拟低频IF输出端。在此情况下，通过模拟低频IF (中间频率)输出端输出感测信号用于进一步的分析。因为IF输出信号是低频信号，所以能够利用常规技术对其方便地对其进行分析。能够在例如以CMOS技术实现的另一芯片中执行分析。如果该设备还包括模拟-数字转换器和数字信号处理单元，则能够在该设备中执行该分析，并且以空间节省的方式实现了感测和分析。根据一方面，该设别是成像设备或分光设备，优选地医学图像获取设备或医学分光设备。此发明的可能应用是在THz带的分光计领域。这是相对新的领域，但是医药和生物学中的数个应用是已经知道的。此外，商业应用已经是可获得的，但是现今仪器的尺寸和成本阻碍了该技术的更普遍的使用。利用此发明，THz分光计成为了可靠低成本的真实移动技术。低成本全集成的THz分光计能够在医药和生物学中普遍使用，用于物质标识和分析。能够给任何警察提供该低成本分光计，用于违法药品探测或用于在任何海关探测特定物质。还有，在机场，诸如滑石粉的无害物质能够与其它禁止物质区分开。还有，药物工业 中的应用是可能的。在此领域，使用THz分光计以非破坏方式区别相同药品中的两个多形体，并大大降低医药公司的成本的商业应用是可获得的。该设备还可以用于对诸如人皮肤的生物组织进行成像，以例如探测皮肤疾病。应当注意，遍及说明书，术语“电磁THz辐射”和“电磁THz信号”用于描述自由空间THz辐射和导波THz辐射二者(以及分别地对应的信号)。相反，此术语将不涵盖(THz)表面等离子体偏振子，并且表面等离子体偏振子将明确地命名为表面等离子体偏振子。
根据参照附图的实施例的详细描述，将得到本发明的进一步的特征和优点。图I示出了现有技术THz透射分光设备；图2不出了现有技术THz反射分光设备；图3示出了基于非线性传输线的全电子分离分光设备；图4示意性地示出了根据第一实施例的用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的设备；图5示意性地示出了根据第二实施例的用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的设备。
具体实施例方式第一实施例现在将参照图4描述本发明的第一实施例。图4中示意性地示出的用于使用太赫频率范围的福射来分析样品的设备是全集成的(fully-integrated) THz成像/分光设备，特别是全集成的片上实验室太赫分光设备。在实施例中，用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的设备的所有部件集成在半导体基底2 (半导体芯片)上。利用现今的技术，砷化镓(GaAs)看似为最适合用于实施该设备的半导体，所以在文档的其余部分，GaAs基底将被视为半导体基底2，但是如果例如硅的其它材料的性能足够好的话，也能够使用该其它材料。作为替代，并且为减小成本，能够使用两个基底，一个用于有源部分(振荡器和非线性传输线)，并且具有较低成本的一个用于无源部分(表面等离子体偏振子生成单元和表面等离子体偏振子传感器)。芯片包括发射部分(发射器)3和接收部分(接收器)4，发射部分(发射器)3和接收部分(接收器)4均集成在半导体基底2上。芯片设置有塑料封装以防止对芯片的损伤。发射和接收部分的工作原理部分对应于“All-electronic terahertz spectroscopy devicewith terahertz free-space pulses”(参见以上)中描述并示于图3中的原理。然而，在根据实施例的成像/分光设备I中，所有部件集成在半导体基底2上(或在两个密集的基底上)并且利用表面等离子体偏振子来感测样品的使得能够实现较高灵敏度的感测性质。首先，将描述发射部分3中的发射路径。以GaAs或其它合适的半导体技术由标准晶体管构成的振荡器5生成例如6GHz的正弦微波信号。放大器6用于使得信号的水平达到合适的功率。非线性传输线7用于将输入正弦信号压缩成具有非常宽的频谱含量(高达ITHz或更大)的电磁THz信号(冲击波)。振荡器5、放大器6、以及非线性传输线7 —起 形成THz信号生成器。从此点开始，涉及的频率是如此高，以致利用标准半导体晶体管不可能对信号进行其它操作。非线性传输线7包括线性共面波导或由非线性电容周期性地加载的其它合适的传输线结构，例如反偏肖特基二极管。非线性电容是冲击波(具有宽的频谱含量)的形成原因。该冲击波的形成例如描述于“Delta-doped Schottky diode nonlineartransmission lines for480 fs 3. 5-V transients，，(D. w. van der Weide ;Appl. Phys.Lett. 65，pp 881-883，1994 年 8 月)中。生成的冲击波传输至表面等离子体偏振子生成单元8，表面等离子体偏振子生成单元8将为电磁THz信号的电磁THz冲击波转换为表面等离子体偏振子。表面等离子体偏振子生成单元8也将称作SP转换器，其代表冲击/孤波等离子体转换器。表面等离子体偏振子生成单元8是用于将THz脉冲转换为THz表面等离子体偏振子的无源块，THz表面等离子体偏振子为与导体(例如金属)和电介质之间的界面处的电子振荡耦合的电磁波。实施例中的形成表面等离子体偏振子生成单元8的SP转换器包括辐射元件(例如，类似天线的结构)、对其辐射产生定向性的反射器或腔(也称为定向性产生结构)、以及至表面等离子体偏振子的连接部或过渡部。用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的设备I优化为使得大多数辐射功率从电磁辐射转换为表面波，即转换为表面等离子体偏振子。表面等离子体偏振子生成单元8的辐射元件能够例如由一个或多个微带(贴片)天线形成，或由一个或多个缝隙(缝)天线形成。已经示出了该天线能够在宽的操作频率范围发射表面波。通过定向性产生结构沿基底在特定方向上引导功率，定向性产生结构能够例如由反射器、腔、辐射元件的合适的整形形成，或由辐射元件的合适地布置的阵列形成。例如，能够使用半导体处理技术的标准金属叠层将SP转换器集成到各自的基底。然而，SP转换器也能够包括附加金属、半导体和/或电介质层，诸如有机电介质层、铜、和/或铝。例如，这些附加部件能够在为基底的半导体芯片的表面之后处理。由表面等离子体偏振子生成单元8生成的表面等离子体偏振子然后转移至THz表面等离子体偏振子传感器9，表面等离子体偏振子传感器9适于使得生成的表面等离子体偏振器与样品10相互作用。表面等离子体偏振子与样品10之间的相互作用由图4中的双箭头示意性地指示。THz表面等离子体偏振子传感器9是用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的设备I的部件，探针信号(表面等离子体偏振子)与样品10之间的相互作用发生于该部件处。THz表面等离子体偏振子传感器9包括传导表面，能够在该传导表面上激发传播表面等离子体偏振子或局域化表面等离子体偏振子(在THz频率范围)。表面等离子体偏振子导致提高的灵敏度和表面处的电磁长幅度的增大。在设备的操作中，使待分析的样品10在场幅度大的位置靠近表面等离子体偏振子传感器9的传导表面。表面等离子体偏振子与样品10之间的发生的相互作用导致对例如表面等离子体频率或表面等离子体寿命时间的表面等离子体偏振子特性的修改，该特性能够被探测并用于分析样品10的性质。表面等离子体偏振子传感器9的材料能够例如为金属、掺杂半导体、或具有合适的电荷载流子浓度的未掺杂半导体。存在能够如何形成表面等离子体偏振子传感器9的传导表面的不同的可能性。例如，传导层能够是厚的(即对于THz频率范围比导体趋肤深度大得多)，或薄的(即与导体趋肤深度相当或比其小)。存在用于增大至表面的电磁场限制和增大设备的灵敏度的数种可能性。 例如，根据一个范例，以电介质层覆盖平的表面是可能的。该布置示于J. Saxler等的“Time domain measurements of surface Plasmon polaritons in the THzfrequency domain” (Phys. Rev. B 69,155427 (2004))中。根据另一范例，导体表面能够构建有孔阵列，以增大导体的有效趋肤深度和表面处的场增强，如 J. B. Pendry 等的 “Mimicking surface plasmons with structuredsurfaces” (Science 305，847 (2004))中提出的。根据另一范例，一个或数个波导能够构建于该表面上以操控表面等离子体偏振子传播和增大其与样品10的相互作用。另外的范例包括导致THz表面等离子体偏振子的共振散射并借助于例如减慢表面等离子体偏振子传播或通过在共振结构中局域化表面等离子体偏振子来增大它们与样品的相互作用的周期性或复杂结构，减慢表面等离子体偏振子传播是如“Propagation of surface Plasmon polaritons on semiconductor gratings，，，Phys.Rev. Lett. , 93, 256804(2004)中描述的。接收部分4中的接收器路径如下工作在与样品10相互作用后，探针信号(即修改的表面等离子体偏振子)由另外的SP转换器接收，另外的SP转换器形成为接收部分4的部分的THz表面等离子体偏振子探测器11。THz表面等离子体偏振子探测器11能够与THz表面等离子体偏振子生成单元8类似地形成。THz表面等离子体偏振子探测器11操作为使得由例如集成天线来接收表面等离子体偏振子，并将其转换为电磁辐射。换句话说，THz表面等离子体偏振子探测器11以与表面等离子体偏振子生成单元8相比相反的方式操作。然后使用两-二极管采样桥15来对来自THz表面等离子体偏振子探测器11的电磁信号进行采样，两-二极管采样桥15由来自另一非线性传输线(NLTL) 16的冲击波信号驱动。至于发射器部分3，压缩来自集成振荡器18并由放大器19放大的正弦信号，生成冲击波。二极管米样桥 15(其是开放的文献(例如 R. A. Marshland 等的“Monolithic integrated circuitsfor mm-wave instrumentation，，，IEEE GaAs IC Symposium, Oct. 1990 ;或“ 130GHz GaAsmonolithic integrated circuit sampling head，，，Appl. Phys. Lett. , 55，pp 592-594,1989年8月)中描述的已知部件)使用本地生成的脉冲来对接收的信号进行采样。二极管采样桥15也集成在半导体基底2上(或在二中择一的情况下，在基底之一上)。例如，发射器和接收器振荡器5、18能够如在20示意性地指示地锁相。在半导体基底2上提供低频IF输出端21用于另外的分析，另外的分析能够例如在另一(例如CMOS)芯片中执行。第二实施例现在将关于图5描述第二实施例。在根据第一实施例的用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的设备30中，从使用非线性传输线产生的冲击波生成THz脉冲。应当注意，生成宽带短脉冲的至少另一方法是已知的并且能够用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的设备中。将关于第二实施例描述此另一方法。第二实施例的整个配置基于以上关于第一实施例描述的结构。因此，类似的部件标注有类似的参考符号，并且将省略它们的描述。然而，生成宽带短脉冲的方法不同于第一实施例。此方法基于最近引入的孤波振荡器51，其包括专门放大器53与该放大器53的反馈回路中的非线性传输线(NLTL) 52。该布置公开于“A chip-scale electrical solitonmodelocked oscillator”(D.S.Ricketts、D. Ham, IEEE International Solid-StateCircuits Conference, 2006)。已经证明了此电路布局能够生成半高宽(FWHM)为293ps的 脉冲，并且示出了对于低至Ips的较低宽度的前景。使用孤波振荡器，用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的设备构建为如图5中示意性地示出的。发射部分3包括孤波振荡器51,孤波振荡器51包括非线性传输线52和专门放大器53。在此实施例中，孤波振荡器形成THz信号生成器。类似地，接收部分4包括另一孤波振荡器54，孤波振荡器54包括另一非线性传输线55和另一专门放大器56。例如，两个孤波振荡器能够如双箭头20所示意性地指示的那样锁相。工作原理类似于第一实施例的工作原理，但是这里输入至表面等离子体偏振子生成单元8的电磁信号和输入至采样桥15的样品信号是由孤波振荡器生成的孤波。再次，THz有源部分和等离子体部分能够集成在两个不同基底上，这使得能够进一步降低成本。两个实施例均描述了 THz信号生成和探测的前端的类别。中间频率(IF)输出端21能够用作包含A/D转换器和DSP (数字信号处理单元)的用于分析结果的CMOS电路的输入端。基本上仅包括两个芯片(THz前端芯片1、30和CMOS芯片)的此设备能够是完整的片上实验室THz分光计，其包括数据分析和在合适的显示器上的可视化。与现存的THz分光计相比，提出的设备在尺寸、功耗以及成本方面是有利的。总而言之，提供了用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的全集成设备，其能够例如用作全集成THz分光计。该设备基于非线性传输线或最近引入的孤波振荡器、将THz脉冲转换为THz表面等离子体偏振子的表面等离子体孤波生成单元和THz表面等离子体偏振子传感器。在此设备中，待生成和探测THz辐射和表面等离子体偏振子的所有元件集成在一个微芯片上或紧密放置在一起的两个芯片上(由例如砷化镓或另一合适的半导体制成)并且封装成片上实验室形式。从而，在两个实施例中，设备包括以下特征-用于生成THz脉冲的非线性传输线；-用于将THz信号(冲击或孤波)变换为表面等离子体偏振子的表面等离子体偏振子生成单元(SP转换器)；-THz表面等离子体偏振子传感器；以及
-所有部件组装在一起以形成片上实验室。介绍了全集成的全电子片上实验室太赫(THz)分光系统。与现存THz分光计的差别是，这是真正的低成本、可移动设备，其能够容许分光术在医学、生物学和药物学实验室中的更普遍的使用。用于机场或其它敏感位置的安保应用也是可能的。考虑低成本和使用的简化，也能够在消费电子器件中引入新的应用。此外，THz前端能够用作用于新的安全成像工具的基本构件块。与基于激光或管设备的当前THz设备相反，提出的设备是全集成的和电子的；其基于非线性传输线或最近引入的孤波振荡器。虽然以上已经描述了自由空间电磁辐射至表面等离子体偏振子的转换和相反转换，但是应当注意，本发明不限于此，并且也应当涵盖导波辐射至表面等离子体偏振子的转换和相反的转换。应当注意，上述实施例示例而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够不脱离本发明所附权利要求的范围设计许多替代实施例。在权利要求中，放置在括号之间的任何参考符号不应视为限制权利要求。词语“包括”不排除权利要求中列出的那些元件或步骤 以外的元件或步骤的存在。元件前的词语“一”不排除多个该元件的存在。本发明能够借助于包括数个区别的元件的硬件、以及借助于合适地编程的计算机来实现。在列举数个构件的设备权利要求中，能够通过计算机可读软件或硬件的一个项来具体化数个这些构件。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的仅有事实不指示不能有利地使用这些措施的组合。
权利要求
1.用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的设备，包括 -发射器(3),包括用于生成电磁THz信号的THz信号生成器(5,6, 7 ;51),所述THz信号生成器包括非线性传输线(7 ；52)； -表面等离子体偏振子生成单元(8)，适于将所述THz信号转换为表面等离子体偏振子; -THz表面等离子体偏振子传感器(9)，适于使生成的表面等离子体偏振子与样品(10)相互作用；以及 -接收器(4)，包括适于将表面等离子体偏振子转换为电磁THz信号的THz表面等离子体偏振子探测器(11); 所述发射器(3)、所述表面等离子体偏振子生成单元(8)、以及所述接收器(4)集成在一个公共的基底上或两个分开的基底上；其中，用于生成THz表面等离子体偏振子的所有部件集成在所述单个基底上或分别集成在多个基底上。
2.根据权利要求I所述的设备，其中，所述表面等离子体偏振子生成单元(8)包括至少一个福射元件和至少一个定向性产生结构。
3.根据权利要求I或2所述的设备，其中，所述THz表面等离子体偏振子传感器(9)包括传导表面，所述传导表面适于使得能够激发传播表面等离子体偏振子或局域化表面等离子体偏振子。
4.根据权利要求I至3中的任一项所述的设备，其中，所述表面等离子体偏振子探测器(11)包括至少一个天线。
5.根据权利要求I至4中的任一项所述的设备，其中，所述接收器(4)包括非线性传输线(16 ;55)。
6.根据权利要求I至5中的任一项所述的设备，其中，所述接收器(4)包括两-二极管米样桥(15)。
7.根据权利要求I至6中的任一项所述的设备，其中，所述发射器(3)和所述接收器(4)二者各包括至少一个振荡器(5，18 ;51，54)。
8.根据权利要求I至7中的任一项所述的设备，其中，所述THz信号生成器(5，6，7；51)适于使得所述电磁THz信号为冲击或脉冲。
9.根据权利要求I至8中的任一项所述的设备，其中，所述THz信号生成器(51)是孤波振荡器，所述孤波振荡器包括放大器(53)和所述放大器的反馈回路中的非线性传输线(52)。
10.根据权利要求I至9中的任一项所述的设备，其中，所述设备还包括模拟低频IF输出端(21)。
11.根据权利要求I至10中的任一项所述的设备，其中，所述设备还包括模拟-数字转换器和数字信号处理单元。
12.根据权利要求I至11中的任一项所述的设备，其中，所述设备是成像设备或分光设备。
13.根据权利要求I至12中的任一项所述的设备，其中，所述设备是医学图像获取设备或医学分光设备。
全文摘要
提供了用于使用太赫频率范围的辐射来分析样品的设备。所述设备包括发射器(3)，所述发射器(3)包括用于生成电磁THz信号的THz信号生成器(5，6，7；51)，所述THz信号生成器包括非线性传输线(7；52)。所述设备还包括表面等离子体偏振子生成单元(8)，表面等离子体偏振子生成单元(8)适于将所述THz信号转换为表面等离子体偏振子。所述发射器(3)和所述表面等离子体偏振子生成单元(8)集成在一个公共的基底上或两个分开的基底上。
文档编号G01N21/35GK102762973SQ201180009472
公开日2012年10月31日 申请日期2011年2月7日 优先权日2010年2月15日
发明者J·戈梅里瓦斯, L·特里波迪, P·G·哈林玻利瓦尔, U·R·R·普法伊费尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司