太赫兹波光学透镜及太赫兹波系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学元件技术领域，具体而言，涉及一种太赫兹波光学透镜及太赫兹波系统。
【背景技术】
[0002]在太赫兹THz波系统中，对THz波进行传输、控制的光学元件非常重要，其中，对THz波衍射效应进行约束的透镜是各光学元件中较为重要的器件。THz透镜分两类，一类是反射式，一类是透射式。反射式透镜由于自身结构和安装等原因，难以应用在发散角大的THz波源系统中，如量子级联THz波源，典型的THz波源的发散角为60度，有的甚至高达160度。为改善应用广泛性问题，对透射式透镜进行研宄具有重要意义，发明人经研宄发现，现有的太赫兹波光学透镜厚度较大，对所传输的THz波吸收明显，采用这样的太赫兹波光学透镜对THz波进行传输，会大大降低所传输THz波的强度，对THz波的应用造成了不利影响。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种太赫兹波光学透镜及太赫兹波系统，以改善现有技术中太赫兹波光学透镜厚度较大，会大大降低所传输THz波的强度，对THz波的应用造成了不利影响的问题。
[0004]为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下:
[0005]本发明实施例提供了一种太赫兹波光学透镜，包括透射式透镜，所述透射式透镜为二元光学微结构。
[0006]所述透射式透镜上设有增透结构。
[0007]所述增透结构为亚波长抗反射微结构。
[0008]所述亚波长抗反射微结构为:在所述二元光学微结构的透射式透镜上刻蚀加工而成。
[0009]所述透射式透镜由4-甲基戊烯TPX材料或高阻硅或石英晶体制造而成。
[0010]所述透射式透镜由所述4-甲基戊烯TPX材料制造而成，所述透射式透镜由所述4-甲基戊烯TPX材料经注塑成型得到。
[0011]本发明实施例提供了一种太赫兹波系统，包括太赫兹波源、太赫兹探测器和光学元件，所述光学元件包括太赫兹波光学透镜，所述太赫兹波光学透镜包括透射式透镜，所述透射式透镜为二元光学微结构。
[0012]所述透射式透镜上设有增透结构，所述增透结构为亚波长抗反射微结构。
[0013]所述透射式透镜由4-甲基戊烯TPX材料或高阻硅或石英晶体制造而成。
[0014]本发明实施例中，摒弃了现有技术中采用聚合物、高阻硅等制作传统透镜的方案，将透射式透镜设计为二元光学微结构，基于二元光学特性，二元光学透镜在实现元件功能的同时具有厚度薄的特性，对太赫兹THz波的传输强度影响较小，符合实际需求。
[0015]进一步地，本发明实施例中，设有增透结构，增透结构为亚波长抗反射微结构，与现有技术中采用聚合物增透膜作为增透元件整体透过率十分有限相比，亚波长抗反射微结构能够显著提高增透效果。
[0016]进一步地，本发明实施例中，将亚波长抗反射微结构和二元光学微结构相结合，构成了 “复合微结构”的太赫兹波光学透镜，显著提高了透镜性能，为提高太赫兹波元件透过率提供了新思路，为太赫兹波的大规模推广应用奠定了基础。
[0017]进一步地，本发明实施例中，选用TPX或高阻硅或石英晶体材料制造透镜。其中，TPX材料既对太赫兹波能实现较小的吸收系数，还能在可见光波段实现较小的吸收系数，而且在整个可见光波段到太赫兹波段色散小，因而若选用TPX材料做透镜，可以直接采用可见光做准直参考光，能够极大地简化复杂太赫兹光学系统的准直和调试工作。
[0018]进一步地，本发明实施例中，通过对透镜所用材料(TPX)、结构(复合微结构)的巧妙选择，使得采用注塑成型得到透射式透镜成为可能，这种透镜制造方式能够实现透镜的批量快速成型，实现太赫兹光学透镜的高效率、低成本加工，符合实际需求。
[0019]本发明实施例结构简单、设计巧妙、实施方便、具有突出的实质性特点和显著进步，适合大规模推广应用。
[0020]本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书来实现和获得。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022]实施例1
[0023]THz波是指频率从0.1THz到ΙΟΤΗζ，对应波长从3微米到30微米，介于微波与红外波段之间的电磁波。由于THz波具有如下基本特点而具有广泛的应用前景:瞬态性:脉冲THz波典型脉宽在ps量级，能方便地对各种材料进行时间分辨研宄；宽带性:脉冲THz波中，单脉冲仅含若干个周期，带宽为GHz-THz，能在大范围内分析材料的光谱特征；相干性:相干长度的计算公式为L= λ2/Δ λ，由于THz波的波长较长，所以相干长度大；低能性:THz波单光子能量为meV量级，远小于X射线的单光子能量，辐照材料的时候对材料没有电离损伤风险；穿透性:THz波对非极性绝缘物质有很高的穿透性，这一点与X射线形成互补；惧水性:水对THz波有强吸收，因而可用THz波进行物质含水量研宄和产品质量控制；光谱的特征吸收:许多极性分子的振动和转动能级在太赫兹波段。
[0024]THz波系统中，除了 THz波源和THz探测器外，主要的是对THz波进行传输和控制的光学元件。现在，人们就THz波源和THz探测器的研宄开展得很多，但关于THz光学元件的设计研宄相对较少，由于THz波波长很长，衍射效应明显，THz系统光学元件中最为重要的是对THz波衍射效应进行约束的透镜。
[0025]商用透镜的厚度较大。无论透镜采用的是聚合物材料还是高阻硅，在THz波段都有一定的吸收。透镜厚度较大，会对所传输的THz波有比较明显的吸收。另外，目前商用THz波光学透镜能选择的增透膜是聚合物增透膜，透过率有限，镀增透膜后元件的整体透过率只有90%左右。应用这样的多个透镜对THz波进行传输后，THz波强度会大大降低，从而影响THz应用效果。
[0026]发明人经研宄发现，二元光学器件具有重量轻、易复制、造价低等特点，并能实现传统光学难以完成的微小、阵列、集成及任意波面变换等功能，若透镜采用二元光学微结构，则能在实现元件功能的同时减小透镜厚度，从而显著降低透镜对太赫兹THz波的传输强度的影响。
[0027]基于此，本发明实施例提供了一种太赫兹波光学透镜，包括透射式透镜，所述透射式透镜为二元光学微结构。
[0028]二元光学是基于光波衍射理论发展起来的一个新兴光学分支，是光学与微电子技术相互渗透、交叉而形成的前沿学科。基于计算机辅助设计和微米级加工技术制成的平面浮雕型二元光学器件具有重量轻、易复制、造价低等特点，由于二元光学微结构为现有通