本發明涉及太赫茲技術領域，特別是涉及太赫茲近場成像探頭和太赫茲近場成像系統。

背景技術：

太赫茲波是一種頻率從0.1-10thz(波長范圍0.03mm-3mm)的電磁波，其在整個電磁波頻譜中介于毫米波和遠紅外之間，處于由電子學向光子學過度區。與微波和毫米波相比，太赫茲波波長較短，易于實現極大信號帶寬和極窄天線波束，而且太赫茲波具有高穿透性、非電離等特點，這些優越特性使得太赫茲波在材料無損檢測、材料成分分析以及安全檢查方面發揮著重要作用。其中，生化大分子及活細胞中，有大量豐富的太赫茲指紋譜，鑒定并利用這些譜，將是太赫茲技術未來的重要方向之一。

然而，由于太赫茲波相對光學頻段的大波長(幾十微米-幾毫米)，在衍射極限的限制下，無法實現空間上的高分辨率成像。目前，在太赫茲頻段，由于波導結構的困難，導致依賴波導傳輸的近場探頭都具有高損耗、大色散的缺點。

技術實現要素：

基于此，有必要針對無法實現空間上的高分辨率成像問題，提供一種超大帶寬、超低損耗、超低色散，可以實現太赫茲近場超分辨成像的太赫茲近場成像探頭和太赫茲近場成像系統。

一種太赫茲近場成像探頭，包括：

索末菲線波導端，用于耦合并傳輸具有徑向偏振的太赫茲波；

探測針尖，與所述索末菲線波導端一體成型，用于將所述太赫茲波聚焦在所述探測針尖的近場使所述太赫茲波攜帶待測樣品的信息，并將攜帶所述待測樣品信息的太赫茲波反射至所述索末菲線波導端。

上述太赫茲近場成像探頭包括索末菲線波導端和探測針尖，在索末菲線波導端中傳播的太赫茲波稱為索末菲波，具有超大帶寬(0.1-5thz)，在大帶寬范圍內超低損耗、超低色散的特點。探測針尖將在索末菲線波導端自由傳輸的索末菲波聚焦在探測針尖的近場，就可以將太赫茲波(索末菲波)聚焦至極小，在近場范圍內突破衍射極限，實現超分辨成像。

在其中一個實施例中，所述索末菲線波導端為圓柱形；所述探測針尖為圓錐狀。

在其中一個實施例中，所述索末菲線波導端為圓柱形；所述探測針尖為子彈頭狀，且所述探測針尖的側面均為圓滑的曲面。

在其中一個實施例中，所述索末菲線波導端為橢圓柱形；所述探測針尖為橢圓錐狀。

在其中一個實施例中，所述探測針尖尖端的截面半徑小于所述太赫茲波的波長。

在其中一個實施例中，所述索末菲線波導端為裸露的不銹鋼絲波導端、裸露的金絲波導端、銀絲波導端或銅絲波導端。

在其中一個實施例中，還包括位于所述索末菲線波導端外的電介質層。

此外，還提供一種太赫茲近場成像系統，包括上述太赫茲近場成像探頭。

附圖說明

圖1為一個實施例中太赫茲近場成像探頭的立體結構示意圖；

圖2為圖1中太赫茲近場成像探頭的俯視圖；

圖3為另一個實施例中太赫茲近場成像探頭的俯視圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

如圖1所示，一種太赫茲近場成像探頭包括索末菲線波導端110和探測針尖120。其中，索末菲線波導端110用于耦合并傳輸具有徑向偏振的太赫茲波。其中，“索末菲線(sommerfeldwire)”是一種以表面波方式傳輸電磁場能量的裸露的金屬線。在裸露的金屬線中傳播的太赫茲波稱為“索末菲波(sommerfeldwave)”，索末菲波一般只存在于具有有限電導率的金屬表面，是一種徑向對稱的弱導表面波。索末菲波具有超大帶寬(0.1-5thz)，在大帶寬范圍內超低損耗、超低色散的特點。索末菲線波導端110耦合的太赫茲波為具有徑向偏振的太赫茲波，也即為tm01模太赫茲波。其中，tm01模太赫茲波在傳播方向上有電場分量而無磁場分量，稱為橫磁波。耦合至索末菲線波導端110的太赫茲波(索末菲波)在索末菲線波導端110上傳輸，并傳導至探測針尖。

探測針尖120與所述索末菲線波導端110一體成型，用于將所述太赫茲波聚焦在所述探測針尖120的近場反射待測樣品的太赫茲信息并傳輸至所述索末菲線波導端110。探測針尖120將在索末菲線波導端110自由傳輸的索末菲波聚焦在探測針尖120的近場，就可以將太赫茲波(索末菲波)聚焦至極小，在近場范圍內突破衍射極限，實現超分辨成像。聚焦后的太赫茲波的尺寸與所述太赫茲波的波長無關，僅與針尖的長度以及半徑大小有關。

進一步的，聚焦后的太赫茲波(索末菲波)集中在探測針尖120的近場，將探測針尖120靠近樣品，使太赫茲波攜帶待測樣品信息，并將攜帶待測樣品信息的太赫茲波反射傳輸給索末菲線波導端110，進而在索末菲線波導端110提取待測樣品信息，實現太赫茲近場探測。

在一個實施例中，太赫茲近場成像探頭包括一體成型的索末菲線波導端110與探測針尖120，其中，所述索末菲線波導端110為圓柱形，探測針尖120為圓錐狀，且探測針尖120的尖端121為弧面。探測針尖120將在索末菲線波導端110自由傳輸的索末菲波聚焦在探測針尖120的近場。具體地，所述探測針尖120的半徑小于所述太赫茲波的波長。探測針尖120的長度以及尖端121半徑的大小可以為微米量級或者為納米量級。探測針尖120長度和半徑的大小共同決定了聚焦后的太赫茲波的尺寸，也即，可以根據所需聚焦后的太赫茲波的尺寸來設定探測針尖120長度和半徑的大小。

具體地，所述探測針尖120的尖端121的截面半徑小于所述太赫茲波的波長。在一個實施例中，探測針尖120的尖端121的截面半徑小于所述太赫茲波的波長/10。

參考圖3，在一個實施例中，太赫茲近場成像探頭包括一體成型的索末菲線波導端210與探測針尖220，其中，所述索末菲線波導端210為圓柱形，探測針尖220為子彈頭狀，探測針尖210的側面為平滑的曲面，探測針尖220的尖端221為弧面。探測針尖220將在索末菲線波導端210自由傳輸的索末菲波聚焦在探測針尖220的近場。探測針尖220長度和探測針尖220的尖端221半徑的大小共同決定了聚焦后的太赫茲波的尺寸，也即，可以根據所需聚焦后的太赫茲波的尺寸來設定探測針尖220長度和探測針尖220的尖端221半徑的大小。

在一個實施例中，太赫茲近場成像探頭(圖未示)包括一體成型的索末菲線波導端與探測針尖；其中，所述索末菲線波導端為橢圓柱形，所述探測針尖為橢圓錐狀。探測針尖的長度以及探測針尖的尖端半徑可以為微米量級或者為納米量級。探測針尖的長度以及探測針尖的尖端半徑大小共同決定了聚焦后的太赫茲波的尺寸，也即，可以根據所需聚焦后的太赫茲波的尺寸來設定探測針尖的長度以及探測針尖的尖端半徑的大小。

在一個實施例中，所述索末菲線波導端110、210為裸露的不銹鋼絲波導端。在其他實施例中，索末菲線波導端110、210還可以為裸露的金絲、銀絲、銅絲或鋁絲波導端，當然還可以其他具有有限導電率的索末菲線波導端。

在一個實施例中，太赫茲近場成像探頭還包括位于所述索末菲線波導端110或/探測針尖120的電介質層，電介質層有利于太赫茲波導的傳輸。具體地，還可以在所述索末菲線波導端110、210或/探測針尖120、220外還鍍鉑，可以增加探測針尖120、220的堅硬度，同時起到保護作用。

在探測待測樣品的過程中，所述探測針尖120、220的與待測樣品表面的距離小于所述太赫茲波的波長。

此外，還提供一種太赫茲近場成像系統，太赫茲近場成像系統包括上述任一實施例中太赫茲近場成像探頭。太赫茲成像系統，由于包括了上述任一實施例中的太赫茲近場成像探頭，具有超大帶寬、超低損耗、超低色散的特性且可以實現太赫茲近場超分辨成像。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。