TPX太赫茲透鏡聚焦光束能力分析
1, 太赫茲光束束腰直徑2w的計算
假設我們要分析的太赫茲光束為高斯型光束,那么我們就可以用通過(guò)下面公式來(lái)計算一塊透鏡對太赫茲光束聚焦后的束腰直徑:
(1)........其中
公式(1)中fL是太赫茲透鏡的焦距,D是太赫茲透鏡的直徑或者太赫茲光束光斑直徑。除此之外THz波長(cháng) λ 或者頻率 f , 光圈數F*決定著(zhù)光束聚焦直徑. c 是光在真空中的速度。
圖(1)利用公式(1)計算出的太赫茲焦斑尺寸和頻率的依賴(lài)關(guān)系圖
2,實(shí)驗測試,測試系統為一臺太赫茲時(shí)域光譜儀系統
圖(2)實(shí)驗光路
聚焦TPX透鏡參數: 焦距fL=10mm;
光束空間直徑D=20mm
透鏡中心厚度:10mm
孔徑角:~40°
準直的太赫茲光束直徑:20mm ——> F*=fL/D=0.5
鋁片小孔測試孔直徑:0.35 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.8 mm, 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm
3,透過(guò)率測試通過(guò)不同小孔直徑( F*=0.5)
太赫茲時(shí)域光譜儀系統中的脈沖THz是一個(gè)寬譜的太赫茲光束,這種情況下小孔將會(huì )起到高通濾波器的作用。
圖(3)通過(guò)小孔(0.35mm,0.5mm)后的太赫茲時(shí)域脈沖振幅變化
圖(4)透過(guò)不同直徑小孔后的太赫茲光譜
4,分析與結論
圖(4)中測試譜的截止頻率與公式(1)計算出來(lái)的曲線(xiàn)符合
要實(shí)現計算結果與衍射極限聚焦直徑一致,則需要滿(mǎn)足下面兩個(gè)條件
a) 消除球面相差影響 ——> 使用非球面TPX透鏡
b) 聚焦透鏡和小孔要盡可能的精確的對準 ——> 使用XYZ三維移精密動(dòng)臺
——> 使用非球面太赫茲透鏡,在光圈數F*=0.5的情況下。將0.1-3THz寬譜太赫茲光束聚焦后可以實(shí)現300um的空間分辨率。
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