太赫兹光学器件介绍和国产化历程

太赫兹光学器件国产化现状

汇睿光电王冬

从首都师范大学张存林老师带领的团队第一次开始对太赫兹毫米波研究至今，国内对太赫兹方面的理论和应用研究已经有了近15年的时间，对太赫兹光学器件的需求从完全依赖进口到现在可以完全国产化，也只用了不到10年的时间。本文主要介绍一下太赫兹光学器件的种类和功能，以及国产化工艺发展。一、太赫兹透镜、窗口

太赫兹透过率比较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，更适合做透镜材料。高分子材料中TPX透太赫兹的性能最好，但光学级别的TPX材料由于压注成型时收缩比高，型材成品率低，导致价格昂贵。目前太赫兹窗口材料一般选用聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、TPX、高阻硅，这几种材料同时也是太赫兹透镜的主要材料。

太赫兹透镜种类很多，常见的主要有平凸非球面透镜（目前德国Menlosystem 的大部分透镜都是这种）、锥透镜（用来产生贝塞尔光束）、螺旋相位板、柱透镜、

多半球透镜、为了减小厚度的菲涅尔透镜等。太赫兹透镜在太赫兹光谱仪和成像

仪中起的作用一般为准直聚焦作用，或者逆向使用。

国内目前做的比较好的公司有汇睿光电和明阳光学，加工工艺主要是单点金刚石车床车削工艺，高阻硅透镜也可以用传统光学冷加工工艺加工。从科研配套逐步发展为货架产品，所有品类透镜和窗口均已实现国产，且价格相对于进口产品有一定优势。

二、太赫兹反射镜

太赫兹反射镜最常用的要数太赫兹光谱仪中的离轴抛物面镜了，功能就是对太赫兹平行光束反射聚焦，也可逆向使用，一般为铝合金基底，传统机械加工毛坯，然后用单点金刚石车床车削反射面，镀保护金膜能够实现对太赫兹波段95%以上的反射率。汇睿光电是国内唯一一家生产经营离轴抛物面镜货架产品的公司，产品覆盖几十种规格，库存近千片，产品参数可匹配索雷博和EO光电等

公司产品。

太赫兹平面反射镜和球面反射镜考虑成本问题一般采用玻璃基底，膜系一般为金膜。成像安检仪用口径几百毫米的毫米波反射镜，一般用机械加工的工艺，简单抛光，也可以实现收集毫米波的作用，不过这个工艺属于微波范畴，这里不必展开。

三、太赫兹棱镜

德国BATOP中采用高阻硅全反射棱镜实现衰减全反射采样。从工艺角度讲，由于高阻硅材料硬度很好，抛光性能优良，高阻硅棱镜和普通玻璃棱镜加工没有本质区别。目前国内具备太赫兹棱镜加工能力的厂家很多，只要采用合适的材料，按照普通玻璃棱镜的工艺加工即可。

四、 太赫兹分光镜

太赫兹分光镜材料一般选用高阻硅片和麦拉膜。抛光后的高阻硅片具有透太赫兹波反可见光的功能，且对太赫兹波有半反半透的功能，但分光比大概为6：4（透6反4）。麦拉膜可以实现更高的透反比（大概5：1），由于麦拉膜厚度很小，所以在分光过程中没有回波，避免了回波干涉。高阻硅片的加工工艺简单，国内从十几年前就实现了国产化；麦拉膜太赫兹分光镜汇睿光电已经有货架产品。

五、 太赫兹线偏振器

长久以来，太赫兹线偏振片完全依赖进口，但从光学角度来讲，毫

米波段线偏振片加工工艺应该更容易。汇睿光电已研发成功太赫兹线偏

振片，高分子基底金属线栅结构，这种结构既兼容了高消光比的需求，

又坚固耐用，目前已经通过首都师范大学太赫兹实验室和一些客户测

试，各项参数接近国际先进水平。

六、中空回射器

中空回射器（又名中空角锥、背向反射器）是延迟线上的关键器件，功能是能够使激光光束平行返回，且不受入射角度是否精确垂直的影

响。一般分为两种，玻璃胶合中空回射器和金属一体中空回射器，这个

器件的工作面由三个互相垂直的平面组成，玻璃中空回射器由三瓣互相

垂直的平面胶合而成，金属中空回射器由超精密刨削工艺加工而成，汇

睿光电目前已实现两种中空回射器国产化，其中玻璃中空回射器参数指

标已优于Newport同类产品，金属中空回射器已接近Newport同类产品

参数指标。

七、太赫兹焦平面成像镜头

目前太赫兹焦平面成像相机已比较成熟，从日本NEC到后来的INO,再到新出的法国I2S公司的产品，都可以实现太赫兹焦平面实时成像。

相机主要分为两个部分，探测器和镜头。由于市场比较小，研发费用高，

这两部分的售价都非常高（机身从30万到50万不等，镜头从10万到

25万不等）。国内目前已经实现太赫兹成像镜头国产化（汇睿光电，售

价不到10万人民币），成像效果优于国外同类产品，美克锐科技正在努

力国产化太赫兹焦平面探测器，相信在不远的将来，太赫兹相机可以实

现完全国产化，为太赫兹实时安检设备和无损检测设备助力！

八、总结

国内太赫兹光学器件的发展，得益于产学研的结合，由于太赫兹技术尚处于发展初期，市场规模还比较小，很多公司布局太赫兹光学器件

都很难实现盈利或者盈亏平衡，要想活下去并发展壮大，必须要借助科

研高校的力量。拿汇睿光电来说，依托首都师范大学扎实的太赫兹理论

基础和实验经验，先进的太赫兹测试设备，在器件选材上有全方面的测

试结果（如透过率、折射率），借力北京理工大学先进的光学设计能力

和光学元件检测能力，结合自身的光学工艺能力，才能在太赫兹光学器

件的国际竞争环境中赢得优势！

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