一種基于雙光子糾纏的太赫茲波成像裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術公開了一種基于雙光子糾纏的太赫茲波成像裝置，包括泵浦光源，望遠鏡系統(tǒng)，分束鏡，兩個二分之一波片，兩個偏振分束器，三個MgO：LiNbO3晶體，三個反射鏡，成像透鏡，太赫茲波收集透鏡，兩個單光子探測器以及符合測量裝置。從泵浦光源出射的泵浦光經(jīng)望遠鏡系統(tǒng)縮束后，被分束鏡分為透射和反射兩束泵浦光。透射的泵浦光通過第一二分之一波片和第一偏振分束器后，激勵第一MgO：LiNbO3晶體產(chǎn)生具有糾纏性質(zhì)的太赫茲波光子和斯托克斯（Stokes）光子。太赫茲光子經(jīng)過硅棱鏡耦合輸出，斯托克斯光子從第一MgO：LiNbO3晶體輸出面出射。具有操作靈活、結構簡單、抗干擾能力強、分辨率高、非定域式的等優(yōu)點。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及太赫茲波光電子學
，具體涉及一種雙光子糾纏太赫茲波成像>J-U ρ α裝直。
技術介紹
處于O.1-1OTHz ( ITHz=IO12Hz)范圍內(nèi)的電磁波——太赫茲波(THz波)，是一個非常具有科學研究價值的電磁波輻射。憑借其所處頻段特殊位置以及其低能性、高穿透性 等特性，太赫茲波技術目前被廣泛應用于各種基礎研究領域和應用研究領域中。近年來，隨著THz波光電子技術迅速發(fā)展，THz波成像技術方面日新月異。目前，研究最為廣泛和深入的THz波成像技術是脈沖THz波時域光譜成像技術。它主要是通過對含有成像物體信息的THz波脈沖從時域到頻域的變換，就可獲得到它的強度和相位的空間分布信息，進而可得到物體的THz波圖像，以及物體的空間密度分布、折射率等信息。然而，這種THz波成像系統(tǒng)光路結構較為復雜，光路穩(wěn)定性較差，用來產(chǎn)生THz波的飛秒激光器價格昂貴。另一種常見的太赫茲波成像技術，是連續(xù)太赫茲波成像技術。這種太赫茲波成像系統(tǒng)通過記錄太赫茲波透過物體(或經(jīng)物體反射)后的強度信息來實現(xiàn)成像，因此與時域光譜成像系統(tǒng)相比，在成像數(shù)據(jù)采集和處理方式上較為簡單、迅速，成像系統(tǒng)結構也相對簡單。這種成像技術的主要缺點是圖像信息量少，在實驗中太赫茲波在光路中的多次反射會發(fā)生相干疊加，導致圖像中可能存在干涉條紋。在上述兩種常見的THz波成像技術中，還都存在有如下不足(I)當攜帶成像物體信息的THz波在空間傳輸時，很容易受到外界環(huán)境的隨機干擾，例如空氣流動、濕度變化、煙塵等，成像效果必然會受到影響，抗干擾能力較差，這就限制了這些THz波成像技術在惡劣環(huán)境中的實際應用；(2)由于常用的THz波輻射源的波長一般為百微米或毫米量級，因此根據(jù)瑞利衍射極限原理，成像分辨率一般也為相同數(shù)量級。雖然目前已將“近場成像技術”和“動態(tài)孔徑”原理運用到THz波成像技術中，但這大大增加了技術難度和成像光路的復雜程度；(3) THz波成像技術中通常所使用的THz波輻射源，例如基于飛秒激光器的脈沖THz波源、返波管、光泵THz波激光器等，有的價格昂貴，運行和維護費用高，有的體積大、操作復雜，工作穩(wěn)定性有待進一步提高，限制了其實用性發(fā)展。
技術實現(xiàn)思路
針對上述現(xiàn)有技術存在的缺陷或不足，本專利技術的目的在于，提供一種結構簡單、非定域式、分辨率高、抗干擾能力強的太赫茲波成像裝置。為了實現(xiàn)上述任務，本專利技術采用如下的技術解決方案第一種方案一種基于雙光子糾纏的太赫茲波成像裝置，其特征在于，包括泵浦光源、望遠鏡系統(tǒng)、分束鏡、兩個二分之一波片，兩個偏振分束器，三個MgO =LiNbO3晶體、三個反射鏡、成像透鏡、太赫茲波收集透鏡、兩個單光子探測器、符合測量裝置；其中泵浦光源出射的泵浦光經(jīng)望遠鏡系統(tǒng)縮束后，被分束鏡分為透射和反射兩束泵浦光。透射的泵浦光通過第一二分之一波片和第一偏振分束器后，激勵第一 MgO =LiNbO3晶體產(chǎn)生具有糾纏性質(zhì)的太赫茲波光子和斯托克斯(Stokes)光子。太赫茲光子經(jīng)過硅棱鏡耦合輸出，斯托克斯光子從第一 MgO =LiNbO3晶體輸出面出射；在太赫茲光子傳輸路徑上放置成像透鏡、待成像物體、太赫茲收集透鏡，太赫茲光子會聚于第二 MgO =LiNbO3晶體長底面。經(jīng)分束鏡反射的泵浦光通過第二二分之一波片和第二偏振分束器，經(jīng)第一、第二反射鏡和反射后，垂直入射至第二 MgO =LiNbO3晶體的斜面。該泵浦光與太赫茲光子在第二 MgO =LiNbO3晶體中混頻，產(chǎn)生頻率上轉換光子，經(jīng)第三MgO LiNbO3晶體放大后，被第三反射鏡反射至第一單光子探測器，第一單光子探測器前加一窄帶濾波片。在斯托克斯光子傳輸路徑上，放置加有光纖的第二單光子探測器接收其光子，并可做空間成像掃描；第一和第二單光子探測器連接符合測量裝置。 所述第二 MgO =LiNbO3晶體為一等腰梯形晶體，長底面和兩個斜面光學拋光。所述泵浦光源首選電光調(diào)Q脈沖Nd: YAG激光器。所述成像透鏡由高密度白色聚乙烯或TPX材質(zhì)制成。所述符合測量裝置包括時幅轉換儀和多通道分析儀。第二種方案一種基于雙光子糾纏的太赫茲波成像裝置，其特征在于，包括泵浦光源、望遠鏡系統(tǒng)、分束鏡、兩個二分之一波片，兩個偏振分束器，三個MgO =LiNbO3晶體、三個反射鏡、成像透鏡、太赫茲波收集透鏡、兩個單光子探測器、符合測量裝置；其中泵浦光源出射的泵浦光經(jīng)望遠鏡系統(tǒng)縮束后，被分束鏡分為透射和反射兩束泵浦光。透射的泵浦光通過第一二分之一波片和第一偏振分束器后，激勵第一 MgO =LiNbO3晶體產(chǎn)生具有糾纏性質(zhì)的太赫茲波光子和斯托克斯(Stokes)光子。太赫茲光子經(jīng)過硅棱鏡耦合輸出，斯托克斯光子從第一 MgO =LiNbO3晶體輸出面出射；在太赫茲光子傳輸路徑上放置待成像物體、太赫茲收集透鏡，太赫茲光子會聚于第二 MgO =LiNbO3晶體長底面。經(jīng)分束鏡反射的泵浦光經(jīng)第一、第二反射鏡和反射后，垂直入射至第二 MgO =LiNbO3晶體的斜面。該泵浦光與太赫茲光子在第二 MgO =LiNbO3晶體中混頻，產(chǎn)生頻率上轉換光子，經(jīng)第三MgO =LiNbO3晶體放大后，被第三反射鏡反射至第一單光子探測器，第一單光子探測器前加一窄帶濾波片。在斯托克斯光子傳輸路徑上，放置成像透鏡，以及加有光纖的第二單光子探測器接收其光子，并可做空間成像掃描。第一和第二單光子探測器連接符合測量裝置。所述成像透鏡由K9玻璃或BK7玻璃制成。所述第二 MgO =LiNbO3晶體為一等腰梯形晶體，長底面和兩個斜面光學拋光。所述泵浦光源首選電光調(diào)Q脈沖Nd: YAG激光器。所述符合測量裝置包括時幅轉換儀和多通道分析儀。本專利技術的基于雙光子糾纏太赫茲波成像裝置，具有操作靈活、結構簡單、抗干擾能力強、分辨率高、非定域式的等優(yōu)點，可廣泛用于軍事偵察、遙感、生物醫(yī)學成像、安全反恐、多功能傳感器等領域，應用前景巨大。與現(xiàn)有常見的太赫茲波成像技術相比，具有以下優(yōu)占-^ \\\ ·( I)在這種太赫茲成像技術中，待成像物體放置于太赫茲光子傳輸?shù)墓饴分校瑪y帶物體成像信息的太赫茲波光子，通過非線性頻率上轉換過程，轉換為與泵浦光波長相近的光子，被一固定的、不做空間分辨的單光子探測器全部接收，而在斯托克斯光子傳輸路徑中的單光子探測器做空間成像平面掃描，擔任空間分辨測量任務。這樣，就實現(xiàn)了物體與成像探測器的分離。也就是說，即使在太赫茲波光子傳輸?shù)墓饴分校瑪y帶成像物體信息的光場受到外界環(huán)境的隨機干擾，仍可以在斯托克斯光子傳輸?shù)墓饴分蝎@得清晰的像。因此，這種非定域式的太赫茲成像技術可顯著提高太赫茲成像系統(tǒng)的抗干擾能力和成像靈活性。(2)在這種太赫茲成像技術中，成像的分辨率主要是由與泵浦光波長相近的斯托克斯光子的波長決定，而且斯托克斯光子的波長比太赫茲波光子的波長短兩到三個數(shù)量級，因此這種太赫茲成像的最大優(yōu)點就是具有較大的空間角分辨率和視場，這對提高太赫茲成像質(zhì)量意義顯著。(3)在這種太赫茲成像技術中，產(chǎn)生的THz-Stokes糾纏雙光子是基于MgO =LiNbO3晶體晶格振動模自發(fā)電磁耦子散射過程產(chǎn)生的，其散射過程與前向拉曼散射過程相似(同時包含有二階和三階非線性效應)，因此對泵浦光波長的選擇要求不高，只要不被晶體吸收即可。而傳統(tǒng)的產(chǎn)生糾纏雙光子的方法，是本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種基于雙光子糾纏的太赫茲成像裝置，其特征在于，包括泵浦光源（1）、望遠鏡系統(tǒng)（3）、分束鏡（4）、兩個二分之一波片（5，15），兩個偏振分束器（6，16），三個MgO：LiNbO3晶體（7，14，19）、三個反射鏡（17，18，21）、成像透鏡（11）、太赫茲波收集透鏡（13）、兩個單光子探測器（23，24）、符合測量裝置（25）；其中：所述泵浦光源（1）出射的泵浦光經(jīng)望遠鏡系統(tǒng)（3）縮束后，被分束鏡（4）分為透射和反射兩束泵浦光；透射的泵浦光通過第一二分之一波片（5）和第一偏振分束器（6）后，激勵第一MgO：LiNbO3晶體（7）產(chǎn)生具有糾纏性質(zhì)的太赫茲波光子（9）和斯托克斯光子（10）；太赫茲光子（9）經(jīng)過硅棱鏡（8）耦合輸出，斯托克斯光子（9）從第一MgO：LiNbO3晶體（7）輸出面出射；在太赫茲光子（9）傳輸路徑上放置成像透鏡（11）、待成像物體（12）、太赫茲收集透鏡（13）；太赫茲光子（9）會聚于第二MgO：LiNbO3晶體（14）長底面；經(jīng)分束鏡（4）反射的泵浦光通過第二二分之一波片（15）和第二偏振分束器（16），經(jīng)第一反射鏡（17）和第二反射鏡（18）反射后，垂直入射至第二MgO：LiNbO3晶體（14）的斜面；其中，該泵浦光與太赫茲光子在第MgO：LiNbO3晶體（14）中混頻，產(chǎn)生頻率上轉換光子（20），經(jīng)第三MgO：LiNbO3晶體（19）放大后，被第三反射鏡（21）反射至第一單光子探測器（23），第一單光子探測器前加一窄帶濾波片（22）；在斯托克斯光子（10）傳輸路徑上，放置加有光纖的第二單光子探測器（24）接收其光子，并可做空間成像掃描，第一單光子探測器（23）和第二單光子探測器（24）連接符合測量裝置（25）。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：孫博，白晉濤，任兆玉，
申請(專利權)人：西北大學，
類型：發(fā)明
國別省市：