太赫茲波光學透鏡及太赫茲波系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學元件技術領域，具體而言，涉及一種太赫茲波光學透鏡及太赫茲波系統。
【背景技術】
[0002]在太赫茲THz波系統中，對THz波進行傳輸、控制的光學元件非常重要，其中，對THz波衍射效應進行約束的透鏡是各光學元件中較為重要的器件。THz透鏡分兩類，一類是反射式，一類是透射式。反射式透鏡由于自身結構和安裝等原因，難以應用在發散角大的THz波源系統中，如量子級聯THz波源，典型的THz波源的發散角為60度，有的甚至高達160度。為改善應用廣泛性問題，對透射式透鏡進行研宄具有重要意義，發明人經研宄發現，現有的太赫茲波光學透鏡厚度較大，對所傳輸的THz波吸收明顯，采用這樣的太赫茲波光學透鏡對THz波進行傳輸，會大大降低所傳輸THz波的強度，對THz波的應用造成了不利影響。
【發明內容】
[0003]有鑒于此，本發明實施例的目的在于提供一種太赫茲波光學透鏡及太赫茲波系統，以改善現有技術中太赫茲波光學透鏡厚度較大，會大大降低所傳輸THz波的強度，對THz波的應用造成了不利影響的問題。
[0004]為了實現上述目的，本發明實施例采用的技術方案如下:
[0005]本發明實施例提供了一種太赫茲波光學透鏡，包括透射式透鏡，所述透射式透鏡為二元光學微結構。
[0006]所述透射式透鏡上設有增透結構。
[0007]所述增透結構為亞波長抗反射微結構。
[0008]所述亞波長抗反射微結構為:在所述二元光學微結構的透射式透鏡上刻蝕加工而成。
[0009]所述透射式透鏡由4-甲基戊烯TPX材料或高阻硅或石英晶體制造而成。
[0010]所述透射式透鏡由所述4-甲基戊烯TPX材料制造而成，所述透射式透鏡由所述4-甲基戊烯TPX材料經注塑成型得到。
[0011]本發明實施例提供了一種太赫茲波系統，包括太赫茲波源、太赫茲探測器和光學元件，所述光學元件包括太赫茲波光學透鏡，所述太赫茲波光學透鏡包括透射式透鏡，所述透射式透鏡為二元光學微結構。
[0012]所述透射式透鏡上設有增透結構，所述增透結構為亞波長抗反射微結構。
[0013]所述透射式透鏡由4-甲基戊烯TPX材料或高阻硅或石英晶體制造而成。
[0014]本發明實施例中，摒棄了現有技術中采用聚合物、高阻硅等制作傳統透鏡的方案，將透射式透鏡設計為二元光學微結構，基于二元光學特性，二元光學透鏡在實現元件功能的同時具有厚度薄的特性，對太赫茲THz波的傳輸強度影響較小，符合實際需求。
[0015]進一步地，本發明實施例中，設有增透結構，增透結構為亞波長抗反射微結構，與現有技術中采用聚合物增透膜作為增透元件整體透過率十分有限相比，亞波長抗反射微結構能夠顯著提高增透效果。
[0016]進一步地，本發明實施例中，將亞波長抗反射微結構和二元光學微結構相結合，構成了 “復合微結構”的太赫茲波光學透鏡，顯著提高了透鏡性能，為提高太赫茲波元件透過率提供了新思路，為太赫茲波的大規模推廣應用奠定了基礎。
[0017]進一步地，本發明實施例中，選用TPX或高阻硅或石英晶體材料制造透鏡。其中，TPX材料既對太赫茲波能實現較小的吸收系數，還能在可見光波段實現較小的吸收系數，而且在整個可見光波段到太赫茲波段色散小，因而若選用TPX材料做透鏡，可以直接采用可見光做準直參考光，能夠極大地簡化復雜太赫茲光學系統的準直和調試工作。
[0018]進一步地，本發明實施例中，通過對透鏡所用材料(TPX)、結構(復合微結構)的巧妙選擇，使得采用注塑成型得到透射式透鏡成為可能，這種透鏡制造方式能夠實現透鏡的批量快速成型，實現太赫茲光學透鏡的高效率、低成本加工，符合實際需求。
[0019]本發明實施例結構簡單、設計巧妙、實施方便、具有突出的實質性特點和顯著進步，適合大規模推廣應用。
[0020]本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明實施例而了解。本發明實施例的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書來實現和獲得。
【具體實施方式】
[0021]下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。以下提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0022]實施例1
[0023]THz波是指頻率從0.1THz到ΙΟΤΗζ，對應波長從3微米到30微米，介于微波與紅外波段之間的電磁波。由于THz波具有如下基本特點而具有廣泛的應用前景:瞬態性:脈沖THz波典型脈寬在ps量級，能方便地對各種材料進行時間分辨研宄；寬帶性:脈沖THz波中，單脈沖僅含若干個周期，帶寬為GHz-THz，能在大范圍內分析材料的光譜特征；相干性:相干長度的計算公式為L= λ2/Δ λ，由于THz波的波長較長，所以相干長度大；低能性:THz波單光子能量為meV量級，遠小于X射線的單光子能量，輻照材料的時候對材料沒有電離損傷風險；穿透性:THz波對非極性絕緣物質有很高的穿透性，這一點與X射線形成互補；懼水性:水對THz波有強吸收，因而可用THz波進行物質含水量研宄和產品質量控制；光譜的特征吸收:許多極性分子的振動和轉動能級在太赫茲波段。
[0024]THz波系統中，除了 THz波源和THz探測器外，主要的是對THz波進行傳輸和控制的光學元件。現在，人們就THz波源和THz探測器的研宄開展得很多，但關于THz光學元件的設計研宄相對較少，由于THz波波長很長，衍射效應明顯，THz系統光學元件中最為重要的是對THz波衍射效應進行約束的透鏡。
[0025]商用透鏡的厚度較大。無論透鏡采用的是聚合物材料還是高阻硅，在THz波段都有一定的吸收。透鏡厚度較大，會對所傳輸的THz波有比較明顯的吸收。另外，目前商用THz波光學透鏡能選擇的增透膜是聚合物增透膜，透過率有限，鍍增透膜后元件的整體透過率只有90%左右。應用這樣的多個透鏡對THz波進行傳輸后，THz波強度會大大降低，從而影響THz應用效果。
[0026]發明人經研宄發現，二元光學器件具有重量輕、易復制、造價低等特點，并能實現傳統光學難以完成的微小、陣列、集成及任意波面變換等功能，若透鏡采用二元光學微結構，則能在實現元件功能的同時減小透鏡厚度，從而顯著降低透鏡對太赫茲THz波的傳輸強度的影響。
[0027]基于此，本發明實施例提供了一種太赫茲波光學透鏡，包括透射式透鏡，所述透射式透鏡為二元光學微結構。
[0028]二元光學是基于光波衍射理論發展起來的一個新興光學分支，是光學與微電子技術相互滲透、交叉而形成的前沿學科。基于計算機輔助設計和微米級加工技術制成的平面浮雕型二元光學器件具有重量輕、易復制、造價低等特點，由于二元光學微結構為現有通