(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210977547.1 (22)申请日 2022.08.15 (71)申请人 电子科技大 学 地址 611731 四川省成 都市高新区 （西区） 西源大道 2006号 (72)发明人 冯天琦　安红宇　赖大坤　李恩　 石玉　 (74)专利代理 机构 电子科技大 学专利中心 51203 专利代理师 吴姗霖 (51)Int.Cl. G01N 21/3581(2014.01) G01N 21/01(2006.01) G02B 27/09(2006.01) (54)发明名称 一种用于太赫兹连续波层析成像的光路装 置及聚焦方法 (57)摘要 本发明的目的在于提供一种用 于太赫兹连 续波层析成像的光路装置及聚焦方法， 属于太赫 兹成像技术领域。 该光路装置仅采用两个离轴椭 球面反射镜， 就能实现将太赫兹连续波发生器所 发射的发射波束直接聚焦到样品处， 然后再将透 射样品后的聚焦波束直接聚焦到太赫兹连续波 接收装置； 省去了准直过程所需要的两个透镜或 反射面， 实现对传统THz ‑CT‑CW成像系统光路图 的简化， 降低调节透 镜位置的难度。 权利要求书3页 说明书7页 附图6页 CN 115494024 A 2022.12.20 CN 115494024 A 1.一种用于太赫兹连续波层析成像的光路装置， 其特征在于， 包括三维平移台、 旋转台 和关于旋转台竖直对称设置的左光路和右 光路， 对称轴为旋转台的竖直中心线， 其中， 左光 路包括太赫兹连续波发生器、 矩形波导、 喇叭天线和第一离轴椭球面反射镜， 右 光路包括第 二离轴椭球面反射镜和太赫兹连续波接 收装置； 所述旋转台固定设置于三维平移台上， 待 测样品放置 于旋转台中心； 太赫兹连续波发生器用于生成发射波束， 发射波束经矩形波导和喇叭天线后发射至第 一离轴椭球面反射镜的反射面， 反射后所得到的第一聚焦波束入射至待测样品表面， 透过 待测样品的第一聚焦波束 经第二离轴椭球面反射镜的反射面反射， 反射后所得到的第二聚 焦波束被太赫兹连续波接收装置 接收； 发射波束和第二聚焦波束 的最小束腰半径均为w1， 第一聚焦波束 的最小束腰半径w2， 发射波束的最小束腰 半径所在平面到第一离轴椭球面反射镜的反射点的距离为d1， 第一聚 焦波束的最小束腰半径所在平 面到第一离轴椭球面反射镜的反射点的距离为d2； 第一离轴 椭球面反射镜的椭球面长轴与发射波束的入射方向之 间的夹角， 以及第二离轴椭球面反射 镜的椭球面长轴与第二聚焦波束的传播方向之间的夹角均为α； 第一聚焦波束的传播方向 与发射波束的入射方向之 间的夹角， 以及第一聚焦波束的传播方向与第二聚焦波束的传播 方向之间的夹角均为β； 所述喇叭天线的相位中心位于第一离轴椭球面反射镜所在椭圆第 一焦点处， 太赫兹连续波接收装置的相位中心 位于第二离轴椭球面反射镜所在椭圆第一焦 点处； 所述第一聚焦波束的相位中心位于第一离轴椭球面反射镜所在椭圆第二焦点处； 两 个离轴椭球面反射镜的反射面深度为d3， 宽度为W， 长度L， 离轴椭球面反射镜所在椭圆的第 一焦点到该反射镜的反射 点的距离为R 1， 第二焦点到该反射镜的反射 点的距离为R2。 2.如权利要求1所述的光路装置， 其特征在于， 所述喇叭天线的副 瓣电平比主瓣电平小 20dB以上。 3.如权利要求1所述的光路装置， 其特征在于， 所述喇叭天线为 圆锥双模喇叭天线或波 纹喇叭天线。 4.如权利要求1所述的光路装置， 其特征在于， 所述离轴椭球面反射镜采用铝合金加工 制作， 且反射 面应抛光， 使得第一聚焦波 束和第二聚焦波 束均为高质量的高斯波 束。 5.如权利要求1所述的光路装置， 其特征在于， 所述离轴椭球面反射镜的反射面为旋转 椭球面的一部 分， 选取旋转椭球面与离轴椭球面反射镜面积 较小的重叠部 分作为所述离轴 椭球面反射镜的反射 面； 其中， 所述旋转椭球面 为椭圆绕椭球面长轴旋转 一周得到 。 6.如权利要求1所述的光路装置中离轴椭球面反射镜的反射面的聚焦方法， 其特征在 于， 包括以下步骤： S1.根据实际需要确定光路装置基本参数， 所述光路装置基本参数包括： 发射波束的最 小束腰半径w1， 第一聚焦波束的最小束腰半径w2， 第一聚焦波束的最小束腰半径所在平面 到第一离轴椭球面反射镜的反射点的距离d2， 以及第一聚焦波束的传播方向与发射波束的 入射方向之间的夹角 β； S2.计算得到任一离轴椭球面反射镜的反射 面的焦距f和距离d1， 具体 计算公式为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115494024 A 2其中， λ0为太赫兹波的真空波长； S3.计算得到 离轴椭球面反射镜的椭圆参数， 具体 计算公式为： a＝(R1+R2)/2 其中i＝1,2， a为椭圆的半长轴， b为椭圆的半短轴， c为椭圆半焦距， α为第一离轴椭球 面反射镜的椭球面长轴 与发射波束的入射方向之间的夹角， 或第二离轴椭球面反射镜的椭 球面长轴与第二聚焦波束的传播方向之 间的夹角； R1为 喇叭天线的相位中心到第一离轴椭 球面反射镜反射点的距离， 或太赫兹连续波接收装置的相位中心到第二离轴椭球面反射镜 反射点6的距离， R2为第一聚焦波 束的相位中心到第一离轴椭球面反射镜反射 点的距离 。 7.如权利要求6所述反射面的聚焦方法， 其特征在于， 步骤S1中， 为了保证所述喇叭天 线所辐射的发射波束和聚焦在旋转台中心处的第一聚焦波束 具有较高的方向性， w 1和w2均 大于λ0； d2需要选择合适值， 以保证旋转台和样品能够 放在两个离轴椭球面反射镜之间； w2 需要选择合 适值， 以保证待测样品任意高度截面的最大半径R0满足： 8.如权利要求6所述反射面的聚焦方法， 其特征在于， 步骤S3中， 为了保证喇叭天线所 发射的发射波束的大部 分能量被离轴椭球面反射镜的反射面反射， 离轴椭球面反射镜的反 射面大小需要适当选取， 其反射 面的覆盖角度 θ 应满足 其中， A和B为常数。 9.如权利 要求6所述反射面的聚焦方法， 其特征在于， 夹角 α 的取值范围为35 °～55°； 夹权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115494024 A 3