m—I且所述太赫茲棱鏡13的材料的折射率與所述太赫茲近場信號及傳輸波相匹配(譬如，所述太赫茲近場信號的頻率為ITHz時，所述太赫茲棱鏡13的材料的折射率為1.465)。所述太赫茲棱鏡13與所述近場信號放大介質層11組合對透射的太赫茲波產生衰減全反射作用。
[0053]所述近場信號放大介質層11不僅作為保護接觸層對轉換器起到保護作用，還可以提高對被測樣品的適應性，對于表面平整度較差的樣品(譬如，樣品表面的起伏超過λ，λ為太赫茲光的波長)，可以進行接觸式探測。
[0054]作為示例，所述遠場傳輸模塊包括第一平凸透鏡21及第二平凸透鏡22，所述第一平凸透鏡21及所述第二平凸透鏡22均一面為平面，另一面為凸面;所述第一平凸透鏡21與所述第二平凸透鏡22平行排布，所述第一平凸透鏡21的平面與所述第二平凸透鏡22的平面相對設置，且所述第一平凸透鏡21的平面及所述第二平凸透鏡22的平面均與所述太赫茲棱鏡13的平面相平行，所述第一平凸透鏡21的軸向中心線與所述第二平凸透鏡22的軸向中心線均與所述太赫茲棱鏡13的軸向中心線相重合。需要說明的是，此處所述第一平凸透鏡21及所述第二平凸透鏡22的軸向即為垂直于所述第一平凸透鏡21及所述第二平凸透鏡22的平面的方向，所述太赫茲棱鏡13的軸向即為垂直于所述太赫茲棱鏡13的平面的方向。
[0055]作為示例，所述第一平凸透鏡21的平面的直徑及所述第二平凸透鏡22的平面的直徑與所述太赫茲棱鏡13的平面的直徑相同。
[0056]作為示例，所述第一平凸透鏡21及所述第二平凸透鏡22對太赫茲波具有高透過率的特點，所述第一平凸透鏡21及所述第二平凸透鏡22的材料可以為但不僅限于TPX(聚4-甲基戊烯-1)、高密度聚乙烯或硅等。
[0057]需要說明的是，所述第一平凸透鏡21及所述第二平凸透鏡22在太赫茲頻段的折射率、衰減系數及焦距等光學參數完全相同。
[0058]作為示例，所述太赫茲近場信號轉換器還包括距離調節裝置3，所述距離調節裝置3位于所述近場耦合放大模塊I與所述遠場傳輸模塊2之間，適于調節所述近場耦合放大模塊I與所述遠場傳輸模塊2的距離，以適應不同波長的太赫茲波的轉換與探測。
[0059]作為示例，所述距離調節裝置3包括:第一圓筒裝置31及第二圓筒裝置32;所述第一圓筒裝置31的外側設有外螺紋33，所述第二圓筒裝置32內側設有與所述外螺紋33相吻合的內螺紋34，所述第二圓筒裝置32通過所述內螺紋33及所述外螺紋34旋至于所述第一圓筒裝置31的外圍;所述近場耦合放大模塊I位于所述第一圓筒裝置31內，且位于所述第一圓筒裝置31遠離所述第二圓筒裝置32的一端，所述遠場傳輸模塊2位于所述第二圓筒裝置32內，且位于所述第二圓筒裝置32遠離所述第一圓筒裝置31的一端。通過調節所述第一圓筒裝置31的所述內螺紋33及所述第二圓筒裝置32的所述外螺紋34即可實現對所述近場耦合放大模塊I與所述遠場傳輸模塊2的距離。具體的，所述近場耦合放大模塊I可以固定于所述第一圓筒裝置31內遠離所述第二圓筒裝置32的一端，所述遠場傳輸模塊2可以固定于所述第二圓筒裝置32內遠離所述第一圓筒裝置31的一端。
[0060]本發明太赫茲近場信號轉換器具備將太赫茲近場信號(衰逝波)轉換為遠場信號(傳輸波)的功能，使太赫茲近場信號可以被普通遠場探測器所探測，確保了近場信息不丟失，從而使測量結果精度和準確性得到改善;太赫茲近場信號轉換器的使用無需采用相干探測技術，降低了測試系統復雜程度，提高了近場技術的可操作性;信號耦合層的使用不僅保護了轉換器同時也提高了對被測樣品表面的適應性;相比于傳統的近場相干探測方法，本發明有效的降低了測試系統的復雜度，顯著的提高了太赫茲近場信號探測的效率，對太赫茲光學測量技術的發展具有積極的推動作用。
[0061 ]請參閱圖2，本發明的所述太赫茲近場信號轉換器的使用方法及工作原理為(圖2中，虛線箭頭表示光線的傳播方向):
[0062]首先，將所述太赫茲近場信號轉換器置于被測樣品5近場范圍以內，所述被測樣品5另一側采用單頻太赫茲光源4照射，所述被測樣品5的透射信號(衰逝波和傳輸波)則照射到所述信號耦合層12上，并穿透所述信號耦合層12達到所述近場信號放大介質層11，在所述近場信號放大介質層11與所述信號耦合層12表面形成的表面等離子體效應與近場信號(衰逝波)產生共振，衰逝波耦合進入所述近場信號放大介質層11并在所述近場信號放大介質層11內得到增強(放大)，然后在所述太赫茲棱鏡13與所述近場信號放大介質層11之間發生衰減全發射效應，轉換為傳輸波向外擴散。
[0063]其次，轉換的傳輸波和原本的遠場傳輸波同時傳輸至所述第一平凸透鏡21，并被所述第一平凸透鏡21收集轉換為平行光，然后傳輸至所述第二平凸透鏡22，并被所述第二平凸透鏡22轉換為匯聚光，并由太赫茲探測器6進行探測。
[0064]另外，對于不同頻率的所述太赫茲光源4，傳輸波的發散角會不同，通過旋轉所述距離調節裝置3進行聚焦微調，以達到太赫茲信號最好的收集匯聚效果。
[0065]對于平整度較好的所述被測樣品5而言，所述被測樣品5與轉換器之間的距離容易調節，將所述被測樣品5置于近場范圍內可以獲得信號轉換效果;對于平整度較差的所述被測樣品5，則可以緩慢的將所述被測樣品5靠近所述信號耦合層12端面并接觸，以實現最大程度的近場信號提取，然后切換不同位置以完成對所述被測樣品5的最大程度覆蓋檢測。
[0066]綜上所述，本發明提供一種太赫茲近場信號轉換器，所述太赫茲近場信號轉換器包括:近場耦合放大模塊，適于將被測樣品的太赫茲近場信號放大并轉換為傳輸波;遠場傳輸模塊，適于將所述傳輸波收集并匯集至太赫茲探測器敏感元上進行探測。本發明太赫茲近場信號轉換器具備將太赫茲近場信號(衰逝波)轉換為遠場信號(傳輸波)的功能，使太赫茲近場信號可以被普通遠場探測器所探測，確保了近場信息不丟失，從而使測量結果精度和準確性得到改善;太赫茲近場信號轉換器的使用無需采用相干探測技術，降低了測試系統復雜程度，提高了近場技術的可操作性;信號耦合層的使用不僅保護了轉換器同時也提高了對被測樣品表面的適應性;相比于傳統的近場相干探測方法，本發明有效的降低了測試系統的復雜度，顯著的提高了太赫茲近場信號探測的效率，對太赫茲光學測量技術的發展具有積極的推動作用。
[0067]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.一種太赫茲近場信號轉換器，其特征在于，所述太赫茲近場信號轉換器包括: 近場耦合放大模塊，適于將被測樣品的太赫茲近場信號放大并轉換為傳輸波； 遠場傳輸模塊，適于將所述傳輸波收集并匯集至太赫茲探測器敏感元上進行探測。2.根據權利要求1所述的太赫茲近場信號轉換器，其特征在于:所述近場耦合放大模塊包括:近場信號放大介質層、信號耦合層及太赫茲棱鏡； 所述太赫茲棱鏡的一面為平面，另一面為凸面;所述近場信號放大介質層貼置于所述太赫茲棱鏡的平面，所述信號耦合層貼置于所述近場信號放大介質層遠離所述太赫茲棱鏡的表面。3.根據權利要求2所述的太赫茲近場信號轉換器，其特征在于:所述近場信號放大介質層的厚度為λ/12?λ/8，所述信號耦合層的厚度為λ/12?λ/8，其中，λ為太赫茲光的波長。4.根據權利要求2所述的太赫茲近場信號轉換器，其特征在于:所述近場信號放大介質層的端面及所述信號耦合層的端面的形狀均為圓形，且所述近場信號放大介質層的端面及所述信號耦合層的端面的直徑相同，均大于或等于ΙΟΧλ，其中，λ為太赫茲光的波長。5.根據權利要求4所述的太赫茲近場信號轉換器，其特征在于:所述太赫茲棱鏡的平面的形狀為圓形，且所述近場信號放大介質層的端面及所述信號耦合層的端面的直徑為所述太赫茲棱鏡的平面的直徑的一半。6.根據權利要求2所述的太赫茲近場信號轉換器，其特征在于:所述太赫茲棱鏡的材料的衰減系數小于或等于0.05mm—1，且所述太赫茲棱鏡的材料的折射率與所述太赫茲近場信號及傳輸波相匹配。7.根據權利要求2所述的太赫茲近場信號轉換器，其特征在于:所述遠場傳輸模塊包括第一平凸透鏡及第二平凸透鏡，所述第一平凸透鏡及所述第二平凸透鏡均一面為平面，另一面為凸面； 所述第一平凸透鏡與所述第二平凸透鏡平行排布，所述第一平凸透鏡的平面與所述第二平凸透鏡的平面相對設置，且所述第一平凸透鏡的平面及所述第二平凸透鏡的平面均與所述太赫茲棱鏡的平面相平行，所述第一平凸透鏡的軸向中心線與所述第二平凸透鏡的軸向中心線均與所述太赫茲棱鏡的軸向中心線相重合。8.根據權利要求7所述的太赫茲近場信號轉換器，其特征在于:所述第一平凸透鏡的平面的直徑及所述第二平凸透鏡的平面的直徑與所述太赫茲棱鏡的平面的直徑相同。9.根據權利要求2至8中任一項所述的太赫茲近場信號轉換器，其特征在于:所述太赫茲近場信號轉換器還包括距離調節裝置，所述距離調節裝置位于所述近場耦合放大模塊與所述遠場傳輸模塊之間，適于調節所述近場耦合放大模塊與所述遠場傳輸模塊的距離。10.根據權利要求9所述的太赫茲近場信號轉換器，其特征在于:所述距離調節裝置包括:第一圓筒裝置及第二圓筒裝置； 所述第一圓筒裝置的外側設有外螺紋，所述第二圓筒裝置內側設有與所述外螺紋相吻合的內螺紋，所述第二圓筒裝置通過所述內螺紋及所述外螺紋旋至于所述第一圓筒裝置的外圍； 所述近場耦合放大模塊位于所述第一圓筒裝置遠離所述第二圓筒裝置的一端，所述遠場傳輸模塊位于所述第二圓筒裝置遠離所述第一圓筒裝置的一端。
【專利摘要】本發明提供一種太赫茲近場信號轉換器，所述太赫茲近場信號轉換器包括：近場耦合放大模塊，適于將被測樣品的太赫茲近場信號放大并轉換為傳輸波；遠場傳輸模塊，適于將傳輸波收集并匯集至太赫茲探測器敏感元上進行探測。本發明太赫茲近場信號轉換器具備將太赫茲近場信號轉換為遠場信號的功能，使太赫茲近場信號可以被普通遠場探測器所探測，確保了近場信息不丟失，從而使測量結果精度和準確性得到改善；太赫茲近場信號轉換器的使用無需采用相干探測技術，降低了測試系統復雜程度，提高了近場技術的可操作性。
【IPC分類】G01N21/01
【公開號】CN105606534
【申請號】CN201510923123
【發明人】周濤, 曹俊誠, 黎華, 張戎
【申請人】中國科學院上海微系統與信息技術研究所
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月11日