集成化的太赫兹波远场超衍射聚焦成像系统的制作方法

本发明涉及太赫兹波成像技术领域，更具体地说，它涉及集成化的太赫兹波远场超衍射聚焦成像系统。

背景技术：

太赫兹波是指频率为0.1～10thz的电磁波，该波段包含丰富的光谱信息，如蛋白质在内的大分子转动/振荡频谱、固体材料晶格振动能谱等。与微波和光波相比，太赫兹波具有能量低、穿透力强、安全性高、光谱信息丰富等特性，在无损检测、安检、医学成像和通信等领域具有重要的应用前景。

太赫兹成像技术的发展和应用对聚焦光斑、成像分辨率提出了更高的需求。近年来，国际上在近场光学的太赫兹超分辨成像、聚焦已经取得一些进展。如2003年，美国伦斯勒理工学院采用扫描近场光学显微技术获得了150nm的太赫兹成像分辨率@2thz。2016年，日本东北大学设计了一种由多个狭缝和棒状阵列构成的超透镜，仿真得到聚焦焦斑为20μm。2016年，美国俄勒冈州立大学设计了一种基于二维亚波长硅柱阵列结构的双曲线超材料聚焦镜，在焦距2.5λ处获得超衍射的焦斑。

现有的太赫兹波成像技术，虽然实现了超分辨聚焦，但均是基于近场光学原理；存在焦距极小、无法动态调焦、宽度较窄、衍射效率较低等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供集成化的太赫兹波远场超衍射聚焦成像系统，具有增大焦距、超衍射极限分辨率、动态调焦、增宽宽带、提高衍射效率的效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：集成化的太赫兹波远场超衍射聚焦成像系统，包括太赫兹波源、光泵浦、太赫兹波聚焦器件和主控制电路；

所述太赫兹波源用于发射太赫兹波；

所述光泵浦用于产生持续可见光后照射所述太赫兹波聚焦器件；

所述太赫兹波聚焦器件用于改变所述太赫兹波的透射率，以实现所述太赫兹波远场衍射聚焦；

所述主控制电路用于对所述太赫兹波聚焦器件施加偏压，以实现所述太赫兹波聚焦器件动态调焦。

通过采用上述技术方案，利用光泵浦，使得太赫兹波聚焦器件产生光生载流子；利用太赫兹波聚焦器件，便于增大太赫兹波聚焦的聚焦焦距、增宽宽带以及提高太赫兹波超衍射分辨率；利用主控制电路，便于对太赫兹波聚焦器件进行动态调焦。

本发明进一步设置为：所述太赫兹波聚焦器件包括硅层和多个与硅层表面抵接的石墨烯层；所述石墨烯层呈环形状，多个石墨烯层同心设置，相邻石墨烯层之间间距相等；相邻所述石墨烯层之间环设有与硅层抵接的绝缘层；所述绝缘层表面覆盖有导电层，导电层两侧分别与相邻石墨烯层抵触。

通过采用上述技术方案，利用多个环形状的石墨烯层，在不同半径的石墨烯层上施加不同偏压，使得太赫兹波聚焦器件出射面形成具有亚波长空间分辨率的透射光场分布，便于在远场获得超振荡焦斑，突破了太赫兹波衍射极限，达到远场高分辨光学成像。

本发明进一步设置为：所述主控制电路包括有源驱动电路、列数据驱动电路、行数据驱动电路和时序控制电路；所述时序控制电路与列数据驱动电路和行数据驱动电路连接；所述有源驱动电路与列数据驱动电路和行数据驱动电路连接；

所述列数据驱动电路包括列位移寄存器、第一锁存器组、第二锁存器组和数字模拟转换器组；

所述行数据驱动电路包括行位移寄存器、电平移位器组和缓冲驱动器组；

所述有源驱动电路包括nmos开关管和存储电容。

通过采用上述技术方案，行扫描信号row控制nmos开关管的开启或者截止；当行扫描信号row为高电平时，nmos开关管开启，列数据信号column经过nmos开关管传输到存储电容中；当行扫描信号row为低电平时，nmos开关管截止，存储电容保持电压；便于对有源驱动电路不断刷新，减少nmos开关管漏电流的情况发生。

本发明进一步设置为：所述有源驱动电路的有源驱动阵列大小为16×16阵列。

通过采用上述技术方案，便于增强对太赫兹波聚焦器件进行动态调焦的灵活性。

本发明进一步设置为：所述主控制电路施加偏压的范围为0-5v。

通过采用上述技术方案，使得对不同波长以及不同焦距的超分辨聚焦成像操作方便。

综上所述，本发明具有以下有益效果：利用光泵浦，使得太赫兹波聚焦器件产生光生载流子；利用太赫兹波聚焦器件，便于增大太赫兹波聚焦的聚焦焦距、增宽宽带以及提高太赫兹波超衍射分辨率；利用主控制电路，便于对太赫兹波聚焦器件进行动态调焦；便于在远场获得超振荡焦斑，突破了太赫兹波衍射极限，达到远场高分辨光学成像；便于对有源驱动电路不断刷新，减少nmos开关管漏电流的情况发生。

附图说明

图1是本发明实施例中的架构图；

图2是本发明实施例中太赫兹波聚焦器件的整体结构示意图；

图3是本发明实施例中太赫兹波聚焦器件剖开后的局部示意图；

图4是本发明实施例中主控制电路的示意图；

图5是本发明实施例中有源驱动电路的电路图。

图中：1、光泵浦；2、太赫兹波聚焦器件；21、硅层；22、石墨烯层；23、导电层；24、绝缘层；3、主控制电路；4、太赫兹波源；5、列数据驱动电路；51、列位移寄存器；52、第一锁存器组；53、第二锁存器组；54、数字模拟转换器组；6、行数据驱动电路；61、行位移寄存器；62、电平移位器组；63、缓冲驱动器组；7、时序控制电路；8、有源驱动电路；81、nmos开关管；82、存储电容。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本发明作进一步详细说明。

实施例：集成化的太赫兹波远场超衍射聚焦成像系统，如图1所示，包括太赫兹波源4、光泵浦1、太赫兹波聚焦器件2和主控制电路3。太赫兹波源4用于发射太赫兹波。光泵浦1用于产生持续可见光后照射太赫兹波聚焦器件2。太赫兹波聚焦器件2用于改变太赫兹波的透射率，以实现太赫兹波远场衍射聚焦。主控制电路3用于对太赫兹波聚焦器件2施加偏压，以实现太赫兹波聚焦器件2动态调焦。利用光泵浦1，使得太赫兹波聚焦器件2产生光生载流子；利用太赫兹波聚焦器件2，便于增大太赫兹波聚焦的聚焦焦距、增宽宽带以及提高太赫兹波超衍射分辨率；利用主控制电路3，便于对太赫兹波聚焦器件2进行动态调焦。

如图2与图3所示，太赫兹波聚焦器件2包括硅层21和多个与硅层21表面抵接的石墨烯层22。石墨烯层22呈环形状，多个石墨烯层22同心设置，相邻石墨烯层22之间间距相等。相邻石墨烯层22之间环设有与硅层21抵接的绝缘层24。绝缘层24表面覆盖有导电层23，导电层23两侧分别与相邻石墨烯层22抵触。利用多个环形状的石墨烯层22，在不同半径的石墨烯层22上施加不同偏压，使得太赫兹波聚焦器件2出射面形成具有亚波长空间分辨率的透射光场分布，便于在远场获得超振荡焦斑，突破了太赫兹波衍射极限，达到远场高分辨光学成像。

如图4与图5所示，主控制电路3包括有源驱动电路8、列数据驱动电路5、行数据驱动电路6和时序控制电路7。时序控制电路7与列数据驱动电路5和行数据驱动电路6连接。有源驱动电路8与列数据驱动电路5和行数据驱动电路6连接。

如图4所示，列数据驱动电路5包括均与时序控制电路7连接的列位移寄存器51、第一锁存器组52、第二锁存器组53和数字模拟转换器组54，列位移寄存器51与第一锁存器组52连接，第一锁存器组52与第二锁存器组53连接，第二锁存器组53与数字模拟转换器组54连接，时序控制电路7用于向列位移寄存器51、第一锁存器组52、第二锁存器组53和数字模拟转换器组54发出控制信号。

如图4所示，行数据驱动电路6包括行位移寄存器61、电平移位器组62和缓冲驱动器组63，时序控制电路7与行位移寄存器61连接，行位移寄存器61与电平移位器组62连接，电平移位器组62与缓冲驱动器组63连接。

如图4与图5所示，有源驱动电路8包括nmos开关管81和存储电容82。太赫兹波聚焦器件2中的石墨烯层22接地，硅层21与存储电容82的输出端连接。行扫描信号row控制nmos开关管81的开启或者截止。当行扫描信号row为高电平时，nmos开关管81开启，列数据信号column经过nmos开关管81传输到存储电容82中。当行扫描信号row为低电平时，nmos开关管81截止，存储电容82保持电压。便于对有源驱动电路8不断刷新，减少nmos开关管81漏电流的情况发生。

如图4所示，本实施例中有源驱动电路8的有源驱动阵列大小采用16×16阵列。便于增强对太赫兹波聚焦器件2进行动态调焦的灵活性。

如图4所示，主控制电路3施加偏压的范围为0-5v。使得对不同波长以及不同焦距的超分辨聚焦成像操作方便。

工作原理：利用光泵浦1，使得太赫兹波聚焦器件2产生光生载流子；利用太赫兹波聚焦器件2，便于增大太赫兹波聚焦的聚焦焦距、增宽宽带以及提高太赫兹波超衍射分辨率；利用主控制电路3，便于对太赫兹波聚焦器件2进行动态调焦。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。