太赫茲光學(xué)器件國產(chǎn)化現(xiàn)狀匯睿光電王冬

從首都師范大學(xué)張存林老師帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)第一次開始對太赫茲毫米波研究至

今，國內(nèi)對太赫茲方面的理論和應(yīng)用研究已經(jīng)有了近15年的時(shí)間，對太赫茲光

學(xué)器件的需求從完全依賴進(jìn)口到現(xiàn)在可以完全國產(chǎn)化，也只用了不到10年的時(shí)

間。本文主要介紹一下太赫茲光學(xué)器件的種類和功能，以及國產(chǎn)化工藝發(fā)展。一、太赫茲透鏡、窗口太赫茲透過率比較好的材料主要有高分子材料和高阻硅，其中高阻硅的折射率高，更適合做透鏡材料。高分子材料中TPX透太赫茲的性能最好，但光學(xué)級別的TPX材料由于壓注成型時(shí)收縮比高，型材成品率低，導(dǎo)致價(jià)格昂貴。目前太赫茲窗口材料一般選用聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、TPX、高阻硅，這幾種材料同時(shí)也是太赫茲透鏡的主要材料。太赫茲透鏡種類很多，常見的主要有平凸非球面透鏡（目前德國Menlosystem的大部分透鏡都是這種）、錐透鏡（用來產(chǎn)生貝塞爾光束）、螺旋相位板、柱透鏡、多半球透鏡、為了減小厚度的菲涅爾透鏡等。太赫茲透鏡在太赫茲光譜儀和成像

儀中起的作用一般為準(zhǔn)直聚焦作用，或者逆向使用。國內(nèi)目前做的比較好的公司有匯睿光電和明陽光學(xué)，加工工藝主要是單點(diǎn)金剛石車床車削工藝，高阻硅透鏡也可以用傳統(tǒng)光學(xué)冷加工工藝加工。從科研配套逐步發(fā)展為貨架產(chǎn)品，所有品類透鏡和窗口均已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)，且價(jià)格相對于進(jìn)口產(chǎn)品有一定優(yōu)勢。二、太赫茲反射鏡二、太赫茲反射鏡太赫茲反射鏡最常用的要數(shù)太赫茲光譜儀中的離軸拋物面鏡了，功能就是對太赫茲平行光束反射聚焦，也可逆向使用，一般為鋁合金基底，傳統(tǒng)機(jī)械加工毛坯，然后用單點(diǎn)金剛石車床車削反射面，鍍保護(hù)金膜能夠?qū)崿F(xiàn)對太赫茲波段95%以上的反射率。匯睿光電是國內(nèi)唯一一家生產(chǎn)經(jīng)營離軸拋物面鏡貨架產(chǎn)品的公司，產(chǎn)品覆蓋幾十種規(guī)格，庫存近千片，產(chǎn)品參數(shù)可匹配索雷博和EO光電等

公司產(chǎn)品。太赫茲平面反射鏡和球面反射鏡考慮成本問題一般采用玻璃基底，膜系一般為金膜。成像安檢儀用口徑幾百毫米的毫米波反射鏡，一般用機(jī)械加工的工藝，簡單拋光，也可以實(shí)現(xiàn)收集毫米波的作用，不過這個(gè)工藝屬于微波范疇，這里不必展開。太赫茲棱鏡德國BATOP中采用高阻硅全反射棱鏡實(shí)現(xiàn)衰減全反射采樣。從工藝角度講,由于高阻硅材料硬度很好，拋光性能優(yōu)良，高阻硅棱鏡和普通玻璃棱鏡加工沒有本質(zhì)區(qū)別。目前國內(nèi)具備太赫茲棱鏡加工能力的廠家很多,只要采用合適的材料按照普通玻璃棱鏡的工藝加工即可。

太赫茲分光鏡太赫茲分光鏡材料一般選用高阻硅片和麥拉膜。拋光后的高阻硅片具有透太赫茲波反可見光的功能，且對太赫茲波有半反半透的功能，但分光比大概為6：4（透6反4）。麥拉膜可以實(shí)現(xiàn)更高的透反比（大概5：1），由于麥拉膜厚度很小，所以在分光過程中沒有回波，避免了回波干涉。高阻硅片的加工工藝簡單，國內(nèi)從十幾年前就實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化；麥拉膜太赫茲分光鏡匯睿光電已經(jīng)有貨架產(chǎn)五、太赫茲線偏振器五、太赫茲線偏振器長久以來，太赫茲線偏振片完全依賴進(jìn)口，但從光學(xué)角度來講，毫米波段線偏振片加工工藝應(yīng)該更容易。匯睿光電已研發(fā)成功太赫茲線偏振片，高分子基底金屬線柵結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)既兼容了高消光比的需求，

又堅(jiān)固耐用，目前已經(jīng)通過首都師范大學(xué)太赫茲實(shí)驗(yàn)室和一些客戶測試，各項(xiàng)參數(shù)接近國際先進(jìn)水平。六、中空回射器中空回射器（又名中空角錐、背向反射器）是延遲線上的關(guān)鍵器件功能是能夠使激光光束平行返回，且不受入射角度是否精確垂直的影響。一般分為兩種，玻璃膠合中空回射器和金屬一體中空回射器，這個(gè)器件的工作面由三個(gè)互相垂直的平面組成，玻璃中空回射器由三瓣互相垂直的平面膠合而成，金屬中空回射器由超精密刨削工藝加工而成，匯睿光電目前已實(shí)現(xiàn)兩種中空回射器國產(chǎn)化，其中玻璃中空回射器參數(shù)指標(biāo)已優(yōu)于Newport同類產(chǎn)品，金屬中空回射器已接近Newport同類產(chǎn)品參數(shù)指標(biāo)。七、七、太赫茲焦平面成像鏡頭目前太赫茲焦平面成像相機(jī)已比較成熟，從日本NEC到后來的INO,再到新出的法國I2S公司的產(chǎn)品，都可以實(shí)現(xiàn)太赫茲焦平面實(shí)時(shí)成像。相機(jī)主要分為兩個(gè)部分，探測器和鏡頭。由于市場比較小，研發(fā)費(fèi)用高，這兩部分的售價(jià)都非常高（機(jī)身從30萬到50萬不等，鏡頭從10萬到25萬不等）。國內(nèi)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)太赫茲成像鏡頭國產(chǎn)化（匯睿光電，售價(jià)不到10萬人民幣），成像效果優(yōu)于國外同類產(chǎn)品，美克銳科技正在努力國產(chǎn)化太赫茲焦平面探測器，相信在不遠(yuǎn)的將來，太赫茲相機(jī)可以實(shí)現(xiàn)完全國產(chǎn)化，為太赫茲實(shí)時(shí)安檢設(shè)備和無損檢測設(shè)備助力！八、總結(jié)國內(nèi)太赫茲光學(xué)器件的發(fā)展，得益于產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合，由于太赫茲技術(shù)尚處于發(fā)展初期，市場規(guī)模還比較小，很多公司布局太赫茲光學(xué)器件都很難實(shí)現(xiàn)盈利或者盈虧平衡，要想活下去并發(fā)展壯大，必須要借助科研高校的力量。拿匯睿光電來說，依托首都師范大學(xué)扎實(shí)的太赫茲理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，先進(jìn)的太赫茲測試設(shè)備，在器件選材上有全方