【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及太赫茲波領(lǐng)域，具體涉及一種用于太赫茲波段的多邊棱錐透鏡制作方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、太赫茲波(terahertz?wave，簡稱thz波)是指頻率介于0.1thz～10thz(波長30μm～3mm)之間的一段電磁波，位于紅外波和微波波段之間，因此兼具有兩種波段的特點：一方面，在宏觀上具有類似微波的穿透能力和類似光波的方向性，另一方面，在微觀上具有量子特征單光子能量和分子的轉(zhuǎn)動能級相當(dāng)。太赫茲技術(shù)的應(yīng)用可以歸納為兩個大方向：太赫茲通信和太赫茲成像。太赫茲通信與微波通信相比，可以提供更大的帶寬，與紅外通信相比，更不易受到大氣閃爍的影響。因此，太赫茲成像技術(shù)具有更廣泛的應(yīng)用前景，可以用于質(zhì)量控制和安全檢測等領(lǐng)域。然而，在傳統(tǒng)的太赫茲成像技術(shù)中，所用的太赫茲波束均屬于高斯波束，因此在成像系統(tǒng)中必須權(quán)衡考慮成像系統(tǒng)的景深和橫向分辨率。
2、貝塞爾波束因為具有無衍射和自修復(fù)特性，在太赫茲領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近幾年，在太赫茲波段產(chǎn)生貝塞爾波束的方法有很多種，其中，軸棱錐因為具有結(jié)構(gòu)簡單、易于制作和能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢在太赫茲成像系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。軸棱錐作為一種特殊的中心對稱器件，可以產(chǎn)生同心圓結(jié)構(gòu)的太赫茲貝塞爾波束。但對于多邊棱錐在太赫茲波段產(chǎn)生的波束結(jié)構(gòu)卻無從得知。
3、目前，透鏡和衍射光柵等典型的太赫茲光學(xué)元件是使用減材制作技術(shù)或者超細(xì)粉注射成型技術(shù)生產(chǎn)的，而新興的3d打印技術(shù)以增材制作的加工方式為基礎(chǔ)，具有生產(chǎn)速度快、制作成本低、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)控制精準(zhǔn)等優(yōu)勢。但現(xiàn)在尚無采用3d打印技術(shù)制作太赫茲
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本專利技術(shù)提出了一種用于太赫茲波段的多邊棱錐透鏡制作方法及系統(tǒng)，該方法給出了多邊棱錐的高度分布函數(shù)的一般解析式，根據(jù)高度分布函數(shù)與相位分布函數(shù)的關(guān)系以及角譜理論，計算得到多邊棱錐產(chǎn)生的無衍射光束，再根據(jù)實際需要，優(yōu)化多邊棱錐的相關(guān)參數(shù)，之后采用目前先進(jìn)的增材制作技術(shù)，利用3d打印技術(shù)基于優(yōu)化后多邊棱錐的相關(guān)參數(shù)制作衍射型錐透鏡。
2、具體地，一方面，本專利技術(shù)提供一種用于太赫茲波段的多邊棱錐透鏡制作方法，其包括以下步驟：
3、s1、確定多邊棱錐透鏡中所使用的太赫茲波束的參數(shù)；
4、s2、確定多邊棱錐透鏡的參數(shù)，具體包括：
5、s21、確定用于3d打印的多邊棱錐透鏡材料在太赫茲波波長為λ時的折射率n0；
6、s22、確定多邊棱錐透鏡的棱數(shù)n、棱錐的中心高度h0以及對應(yīng)外接圓的半徑r；
7、s3、建立多邊棱錐的高度分布函數(shù)并利用角譜理論獲得產(chǎn)生光束的衍射傳播情況，具體包括：
8、s31、在極坐標(biāo)系中建立多邊棱錐的高度分布函數(shù)：
9、多邊棱錐的中心高度o'o＝h0，多邊棱錐的底面是邊長為a＝2rsin(π/n)的正n邊形，正n邊形的邊心距為o'n＝r/cos(π/n)，其中r為多邊棱錐對應(yīng)外接圓的半徑，每兩條棱的正投影之間的夾角為α＝2π/n，多邊棱錐的高度分布函數(shù)h(ρ,θ)在極坐標(biāo)系下表示為：
10、
11、其中，ρ∈(0,2rsin(π/n)),θ∈(-π/n,π/n)；
12、s32、利用高度分布函數(shù)與相位分布函數(shù)φ(ρ,θ)的關(guān)系得到：
13、
14、其中，λ是太赫茲波波長，n0是多邊棱錐透鏡的折射率；
15、s33、利用角譜理論獲得產(chǎn)生光束的衍射傳播情況：
16、u(ρ,θ)＝exp(-(ρ/ω0)2)exp(iφ(ρ,θ))
17、其中，ω0是波束的束腰半徑；i為虛部；
18、s4、在多邊棱錐的底部增加圓形底板作為多邊棱錐的外接圓；
19、s5、對多邊棱錐的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并生成多邊棱錐的結(jié)構(gòu)文件，具體包括：
20、s51、利用仿真軟件對太赫茲多邊棱錐產(chǎn)生的無衍射波束進(jìn)行仿真模擬；基于仿真模擬結(jié)果根據(jù)實際需要優(yōu)化多邊棱錐的參數(shù)；
21、s52、依據(jù)多棱錐的高度分布函數(shù)，利用仿真軟件生成多邊棱錐的結(jié)構(gòu)文件；
22、s6、使用3d打印裝置對多邊棱錐的結(jié)構(gòu)文件進(jìn)行打印制作，獲得多邊棱錐元件。
23、優(yōu)選地，步驟s51中優(yōu)化多邊棱錐的參數(shù)指優(yōu)化多邊棱錐的中心高度h0或者對應(yīng)外接圓的半徑r。
24、優(yōu)選地，步驟s51中當(dāng)需要產(chǎn)生較長距離的無衍射波束時，減小多邊棱錐的中心高度h0或者增大對應(yīng)外接圓的半徑r。
25、優(yōu)選地，步驟s1具體包括以下子步驟：
26、s11、確定多邊棱錐透鏡中所使用的太赫茲波束的波長λ和傳播動態(tài)；
27、s12、根據(jù)太赫茲波束的傳播動態(tài)確定太赫茲波束的束腰半徑ω0。
28、另一方面，本專利技術(shù)提供一種用于太赫茲波段的多邊棱錐透鏡制作方法的制作系統(tǒng)，其包括太赫茲波束參數(shù)確定模塊、多邊棱錐透鏡參數(shù)確定模塊、光束衍射傳播情況獲取模塊、外接圓添加模塊、結(jié)構(gòu)文件生成模塊以及3d打印模塊；
29、所述太赫茲波束參數(shù)確定模塊用于確定多邊棱錐透鏡中所使用的太赫茲波束的參數(shù)，所述多邊棱錐透鏡參數(shù)確定模塊用于確定多邊棱錐透鏡的參數(shù)，所述光束衍射傳播情況獲取模塊用于建立多邊棱錐的高度分布函數(shù)并利用角譜理論獲得產(chǎn)生光束的衍射傳播情況，所述外接圓添加模塊用于在多邊棱錐的底部增加圓形底板作為多邊棱錐的外接圓，所述結(jié)構(gòu)文件生成模塊用于對多邊棱錐的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并生成多邊棱錐的結(jié)構(gòu)文件，所述3d打印模塊用于對多邊棱錐的結(jié)構(gòu)文件進(jìn)行3d打印獲得多邊棱錐透鏡。
30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點：
31、(1)本專利技術(shù)提出的用于太赫茲波段的多邊棱錐透鏡制作方法，在傳統(tǒng)軸棱錐的理論設(shè)計基礎(chǔ)上，提出幾何分布函數(shù)分析方法，可以實現(xiàn)折射型器件向衍射型器件轉(zhuǎn)換，減少波束的損耗，從而提高折射型器件的傳輸效率。
32、(2)本專利技術(shù)中的用于太赫茲波段的多邊棱錐透鏡制作方法可以通過計算機(jī)編程實現(xiàn)，可以根據(jù)需求優(yōu)化多邊棱錐的參數(shù)，快速自動尋找到最佳參數(shù)組合，實現(xiàn)目標(biāo)波束的產(chǎn)生與傳輸，對于使用本專利技術(shù)方法的設(shè)計結(jié)果可以利用3d打印技術(shù)對透鏡進(jìn)行加工制作，具有生產(chǎn)速度快、制作成本低、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)控制精準(zhǔn)等優(yōu)勢。
33、(3)本專利技術(shù)中的多邊棱錐透鏡可以實現(xiàn)多樣性波束的產(chǎn)生，產(chǎn)生的波束的橫向分布結(jié)構(gòu)豐富，離散分布可用于陣列式成像，因此推廣該方法對陣列式成像系統(tǒng)的設(shè)計具有重要現(xiàn)實意義。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種用于太赫茲波段的多邊棱錐透鏡制作方法，其特征在于：其包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太赫茲波段的多邊棱錐透鏡制作方法，其特征在于：步驟S51中優(yōu)化多邊棱錐的參數(shù)指優(yōu)化多邊棱錐的中心高度h0或者對應(yīng)外接圓的半徑r。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于太赫茲波段的多邊棱錐透鏡制作方法，其特征在于：步驟S51中當(dāng)需要產(chǎn)生較長距離的無衍射波束時，減小多邊棱錐的中心高度h0或者增大對應(yīng)外接圓的半徑r。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太赫茲波段的多邊棱錐透鏡制作方法，其特征在于：步驟S1具體包括以下子步驟：
5.一種用于權(quán)利要求1所述的用于太赫茲波段的多邊棱錐透鏡制作方法的制作系統(tǒng)，其特征在于：其包括太赫茲波束參數(shù)確定模塊、多邊棱錐透鏡參數(shù)確定模塊、光束衍射傳播情況獲取模塊、外接圓添加模塊、結(jié)構(gòu)文件生成模塊以及3D打印模塊；
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于太赫茲波段的多邊棱錐透鏡制作方法，其特征在于：其包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太赫茲波段的多邊棱錐透鏡制作方法，其特征在于：步驟s51中優(yōu)化多邊棱錐的參數(shù)指優(yōu)化多邊棱錐的中心高度h0或者對應(yīng)外接圓的半徑r。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于太赫茲波段的多邊棱錐透鏡制作方法，其特征在于：步驟s51中當(dāng)需要產(chǎn)生較長距離的無衍射波束時，減小多邊棱錐的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊超，郝叢靜，馬慶，李蔚，劉德峰，
申請(專利權(quán))人：北京長城航空測控技術(shù)研究所有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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