基于太赫兹量子器件的透射成像装置及成像方法

1.一种基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于，包括：
光源部分(A)，所述光源部分(A)包括：
驱动电源(1)，用以输出电信号；
第一冷头(2)，用以提供低温环境；
第一热沉(3)，安装于所述第一冷头(2)内，用以导热；
太赫兹量子级联激光器，安装于所述第一热沉(3)上，用以在所述电信号的触发下辐射出太赫兹光；
第一聚乙烯窗片(4)，安装于所述第一冷头(2)上，用以使所述太赫兹光通过第一聚乙烯窗片(4)射出；
光路部分(B)，所述光路部分(B)包括：
第一离轴抛物镜(5)，用以收集并反射经所述第一聚乙烯窗片(4)射出的太赫兹光；
第二离轴抛物镜(6)，用以接收并反射经所述第一离轴抛物镜(5)反射过来的太赫兹光，使太赫兹光穿过被测样品(7)；
二维电动平移台(8)，用以放置被测样品(7)，并通过移动使被测样品(7)的各个部位位于第二离轴抛物镜(6)和第三离轴抛物镜(9)的共同焦点处；
第三离轴抛物镜(9)，用以接收并反射经所述被测样品(7)处透射过来的太赫兹光；
第四离轴抛物镜(10)，用以接收并反射经所述第三离轴抛物镜(9)反射过来的太赫兹光；
检测部分(C)，所述检测部分(C)包括：
第二冷头(11)，用以提供低温环境；
第二聚乙烯窗片(12)，安装于第二冷头(11)上，用以使所述第四离轴抛物镜(10)反射过来的太赫兹光进入所述第二冷头(11)内；
第二热沉(13)，安装于第二冷头(11)内，用以导热；
太赫兹量子阱探测器，安装于第二热沉(13)上，用以接收从第二聚乙烯窗片(12)透射过来的太赫兹光，并产生相应的电流信号；
信号处理电路(14)，与所述太赫兹量子阱探测器连接，用以将所述电流信号提取为电压信号，并进行放大；
示波器(15)，与信号处理电路(14)连接，用以对所述电压信号进行读取和显示；
计算机(16)，与信号处理电路(14)和二维电动平移台(8)连接，用以将示波器(15)显示的电压值与被测样品(7)的位置信息一一对应，得到被测样品(7)的二维太赫兹信号强度图。
2.根据权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于：所述太赫兹量子级联激光器的激射频率范围覆盖1.2-5.0THz，所述太赫兹量子阱探测器的工作频率范围覆盖2.0-10.0THz。
3.根据权利要求2所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于：所述太赫兹量子阱探测器为光电导型低维半导体探测器，太赫兹量子阱探测器的有源区是通过在半绝缘GaAs衬底上交替生长GaAs层和AlGaAs层的方式形成的。
4.根据权利要求3所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于：所述太赫兹量子阱探测器的有源区包括23个周期结构，每个周期结构包含交替生长的GaAs层和Al0.015Ga0.985As层各一层。
5.根据权利要求4所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于：所述太赫兹量子阱探测器的峰值探测频率为3.22THz，太赫兹量子阱探测器光响应谱的半高宽为
1.63THz。
6.根据权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于：所述太赫兹量子级联激光器的有源区是通过在半绝缘GaAs衬底上交替生长GaAs层和AlGaAs层的方式形成的。
7.根据权利要求6所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于：所述太赫兹量子级联激光器的有源区为四阱共振声子结构，所述四阱共振声子结构包括178个周期结构，每个周期结构包含交替生长的GaAs层和Al0.15Ga0.85As层各四层。
8.根据权利要求7所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于：所述太赫兹量子级联激光器的激射频率范围为4.02-4.13THz。
9.根据权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于：所述第一聚乙烯窗片(4)和第二聚乙烯窗片(12)均采用高强度聚乙烯材料；所述第一聚乙烯窗片(4)和第二聚乙烯窗片(12)均通过将灌制的高强度聚乙烯圆柱形材料进行切割、研磨和抛光而制成。
10.根据权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于：所述第一离轴抛物镜(5)、第二离轴抛物镜(6)、第三离轴抛物镜(9)、第四离轴抛物镜(10)的反射面均为90度离轴镀金抛物面。
11.根据权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于：所述二维电动平移台(8)为可编程电控二维平移台。
12.根据权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于：所述驱动电源(1)为可编程电压源或电流源。
13.根据权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于：所述信号处理电路(14)包括电压放大器、供电电池、分压电阻、电路连接线；所述供电电池、分压电阻与太赫兹量子阱探测器串联为闭合回路，所述电压放大器与分压电阻并联。
14.根据权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于：所述示波器(15)为数字示波器。
15.根据权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置，其特征在于：所述计算机(16)为常用实验室电脑。
16.一种权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的透射成像装置的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将被测样品(7)安装于二维电动平移台(8)上，控制移动二维电动平移台(8)使被测样品(7)置于光路部分(B)的第二离轴抛物镜(6)和第三离轴抛物镜(9)的共同焦点处，并使被测样品(7)表面垂直于太赫兹光的传播方向；
步骤二，驱动电源(1)给太赫兹量子级联激光器施加电压或电流至超过阈值电压或阈值电流，使太赫兹量子级联激光器辐射出太赫兹光；所述太赫兹光经过第一聚乙烯窗片(4)后到达第一离轴抛物镜(5)上；
步骤三，第一离轴抛物镜(5)将所述太赫兹光反射至第二离轴抛物镜(6)；所述第二离轴抛物镜(6)将所述太赫兹光反射至被测样品(7)上，太赫兹光透过被测样品(7)后到达第三离轴抛物镜(9)；所述第三离轴抛物镜(9)将太赫兹光反射至所述第四离轴抛物镜(10)；所述第四离轴抛物镜(10)将太赫兹光反射至检测部分(C)；
步骤四，所述太赫兹光透过所述检测部分(C)的第二聚乙烯窗片(12)后到达第二热沉(13)上的太赫兹量子阱探测器的敏感面上；所述太赫兹量子阱探测器对入射的太赫兹光响应后产生相应的电流信号；所述信号处理电路(14)将所述电流信号提取为电压信号，并将所述电压信号放大后输入示波器(15)中进行读取和显示；
步骤五，计算机(16)对所述示波器(15)中的显示信号进行提取，并将获取的信号与被测样品(7)的位置信息进行一一对应，得到被测样品(7)的二维太赫兹信号强度图。

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