(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 202210560740.5 (22)申请日 2022.05.20 (71)申请人 南京大学 地址 210023 江苏省南京市栖霞区仙林大 道163号 申请人 网络通信与安全紫金山实验室 (72)发明人 王华兵　童诗语　孙汉聪　魏子涵　 吕阳阳　吴培亨　 (74)专利代理 机构 南京智转慧移知识产权代理 有限公司 32649 专利代理师 田沛沛 (51)Int.Cl. G01N 21/3586(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于超导太赫兹源辐射光斑的太赫兹 成像装置 (57)摘要 本发明公开一种基于超导太赫兹源辐射光 斑的太赫兹成像装置， 包括太赫兹波发生系统、 太赫兹波检测系统和 信号采集与转换系统； 太赫 兹波发生系统为成像装置提供太赫兹源； 太赫兹 波检测系统实现太赫兹信号的检测； 信号采集与 转换系统把测到的电流信号、 电压信号和辐射强 度信号转换成计算机可识别的数字信号， 并绘制 成图片。 本发 明超导太赫兹源产生的太赫兹波经 过平凸透镜扩束后得到较大光斑用于给物体成 像， 再经斩波器调制后被太赫兹检波器所测量。 本发明能够利用超导太赫兹源辐射出的光斑进 行成像， 具有成本低、 系统简单和效率高等优点， 降低了现有的太赫兹成像系统的复杂 度， 有着广 阔的研究价 值和应用前 景。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115015157 A 2022.09.06 CN 115015157 A 1.一种基于超导太赫兹源辐射光斑的太赫兹成像装置， 其特征在于， 包括： 太赫兹波发 生系统、 太赫兹波检测系统和信号采集与转换系统； 所述太赫兹波发生系统包括设置在低温恒温器中的超导太赫兹源(2)， 为成像装置提 供太赫兹源； 所述太赫兹波检测系 统实现太赫兹信号的检测， 包括斩波器(5)、 检波器(6)和锁相放 大器； 所述信号采集与转换系统把测到的电流信号、 电压信号和辐射强度信号转换成计算机 可识别的数字信号， 并绘制成图片。 2.根据权利要求1所述的基于超导太赫兹源辐射光斑的太赫兹成像装置， 其特征在于： 所述太赫兹波发生系统包括装有太赫兹辐射窗口(101)的低温恒温器(1)、 超导太赫兹源 (2)、 样品台(3)、 平凸透镜(4)、 以及电流源和电压放大器， 低温恒温器(1)设置有太赫兹辐 射窗口(101)， 样品台(3)固定在低温恒温器(1)内， 样品台3上设置有蓝宝石半球透镜 (301)， 超导太赫兹源2固定在样品台(3)上的蓝宝石半球透 镜(301)处。 3.根据权利要求2所述的基于超导太赫兹源辐射光斑的太赫兹成像装置， 其特征在于： 所述电流源连接超导太赫兹源(2)， 为太赫兹源提供驱动电流； 电压放大器连接超导太赫兹 源(2)， 用于测量太赫兹源的电压 。 4.根据权利要求2所述的基于超导太赫兹源辐射光斑的太赫兹成像装置， 其特征在于： 超导太赫兹源(2)辐射出的太赫兹波通过太赫兹辐射窗口(101)辐射到低温恒温器(1)外部 的平凸透 镜(4)上， 平凸透 镜(4)扩大太赫兹光斑， 使超导太赫兹源(2)的成像范围更 大。 5.根据权利要求1所述的基于超导太赫兹源辐射光斑的太赫兹成像装置， 其特征在于： 斩波器(5)用于调制太赫兹辐射， 使检波器(6)检测到的太赫兹波是以短的固定间隔中断 的； 检波器(6)的输出作为锁相放大器的输入， 锁相放大器将检波器(6)电压信号进行锁相 放大。 6.根据权利要求1所述的基于超导太赫兹源辐射光斑的太赫兹成像装置， 其特征在于： 所述斩波器(5)和检波器(6)均固定在三维位移系统上， 三 维位移系统实现X轴、 Y轴和Z轴方 向上移动， 在测试时， 使得斩波器(5)和检波器(6)能够移动， 扩大检测范围。 7.根据权利要求1所述的基于超导太赫兹源辐射光斑的太赫兹成像装置， 其特征在于： 成像时， 保持Z轴位置不变， 并设置三维位移系统X轴和Y轴的位移范围， 扫描得到一张背景 图像备用， 再将待成像物品放置于平凸透镜(4)和斩波器(5)之间， 再次扫描得到一张有物 体的太赫兹成像图， 两图相减得到成像图案 。 8.根据权利要求1所述的基于超导太赫兹源辐射光斑的太赫兹成像装置， 其特征在于： 所述信号采集与转换系统包括采集 卡、 GPIB卡和 测试程序。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115015157 A 2一种基于超导太赫兹源辐射光斑的太赫兹 成像装置 技术领域 [0001]本发明属于太赫兹成像技术领域， 具体涉及一种基于超导太赫兹源辐射光斑的太 赫兹成像装置 。 背景技术 [0002]太赫兹波(Terahertz， THz)是指频率在0.1 ‑10THz(对应波长为3000～30 μm)范 围 内的电磁波， 太赫兹波段位于微波和远红外波之间， 是宏观经典理论向微观量子理论的过 渡区， 也是电子学向光学的过渡区， 曾被称为电磁波谱的 “太赫兹空白(TH z gap)”。 [0003]约瑟夫森结由两个弱耦合的超导体构成。 当流经约瑟夫森结的电流超过其临界电 流IC时， 结的两端将会出现电压差， 此时流经约瑟夫森结的电流是交变的超流， 因此这部分 能量会以电磁波的形式辐射， 频率为f＝2eV/h， 这就是 交流约瑟夫森效应。 约瑟夫森 结是一 种理想的电压 ‑频率转换器， 1mV所对应的振荡频率为48 3.59GHz， 因此约瑟夫森结可以被用 来检测和产生太赫兹波。 [0004]单个约瑟夫森结的辐射能力有限， 要获得大功率太赫兹辐射源就需要制备出大规 模约瑟夫森结阵列。 Bi2Sr2CaCu2O8+δ(BSCCO)晶体内部天然形成了超导 ‑绝缘‑超导(SIS)结 串联的结构， 因此利用BS CCO可以制备一致性好的串 联约瑟夫森结阵列， 可以产生较大的太 赫兹辐射。 [0005]太赫兹成像是太赫兹技术的一个重要应用方向， 主要分为主动式成像和被动式成 像。 太赫兹主动成像利用太赫兹源发出太赫兹波， 透射过待测物体或被待测物体反射， 再被 太赫兹检测器检测到， 利用检测到的太赫兹波信号进行成像。 太赫兹被动 成像利用太赫兹 检测器直接检测物体辐射出的太赫兹波 进行成像。 [0006]在太赫兹主动成像方面， 主要利用聚焦的太赫兹波对物体进行扫描成像， 但其需 要复杂的聚焦光路。 利用太赫兹光斑也可以进行太赫兹主动 成像， 通过阵列检测器可以实 现快速太赫兹主动 成像， 受限于太赫兹源及探测 器的缺乏， 该技术的发展相对缓慢。 这里， 我们利用超导太赫兹辐射源的光斑开展太赫兹主动成像， 通过移动探测器实现了一种简 单、 高效的太赫兹成像系统。 发明内容 [0007]本发明解决的技 术问题： 提供一种太赫兹主动成像、 。 [0008]技术方案： 为了解决上述 技术问题， 本发明采用的技 术方案如下： [0009]本发明基于超导太赫兹源辐射光斑的太赫兹成像装置， 包括装有太赫兹辐射窗口 的低温恒温器、 超导太赫兹源、 装有蓝宝石半球透镜的样品台、 平凸透镜、 斩波器、 太赫兹检 波器、 三维移动平台、 电流源、 电压放大器与锁相放大器。 超导太赫兹源产生的太赫兹波经 过平凸透镜扩束后得到较大光斑用于给物体成像， 再经斩波器调制后被太赫兹检波器所测 量。 斩波器、 太赫兹检波器固定在三 维移动平台， 利用三 维移动平台移动斩波器和检波器对 物体进行 大面积成像。说　明　书 1/4 页 3 CN 115015157 A 3