Численное моделирование и экспериментальная оценка технических характеристик терагерцового микроскопа на основе эффекта твердотельной иммерсии

РЕФЕРАТ
Расчетно-пояснительная записка 80 с., рисунков 19, табл. 2, источников 87, приложений 1. ТЕРАГЕРЦОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, ТЕРАГЕРЦОВАЯ МИКРОСКОПИЯ, ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАЗРЕШЕНИЕ, ПРЕДЕЛ АББЕ, МЕТОД КОНЕЧНЫХ РАЗНОСТЕЙ ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ, ЭФФЕКТ ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ ИММЕРСИИ. Объектом исследования является метод формирования каустики пучка суб-волнового размера на основе эффекта твердотельной иммерсии. Предметом исследования является терагерцовая (ТГц) оптическая система на основе эффекта твердотельной иммерсии. Целью квалификационной бакалаврской работы является разработка ТГц изображающей системы на основе эффекта твердотельной иммерсии, обеспечивающей суб-волновое пространственное разрешение. Поставленная цель достигается путем проектирования ТГц оптической системы на основе эффекта твердотельной иммерсии с применением методов геометрической оптики, а также оценки ее работы при помощи методов, учитывающих волновую природу света. Для этого в работе применяется метод конечных разностей для решения уравнений Максвелла во временной области. При помощи численных моделирований проводится оценка пространственного разрешения, оцениваются допуски на разъюстировку оптических элементов системы, а также исследуется зависимость разрешения от оптических свойств исследуемого объекта. Также осуществляется сборка макета ТГц изображающей системы, реализующей эффект твердотельной иммерсии, проводится экспериментальная оценка пространственного разрешения и апробация изображающей системы на различных типах объектов.
Объектом исследования является метод формирования каустики пучка суб-волнового размера на основе эффекта твердотельной иммерсии. Предметом исследования является терагерцовая (ТГц) оптическая система на основе эффекта твердотельной иммерсии. Целью квалификационной бакалаврской работы является разработка ТГц изображающей системы на основе эффекта твердотельной иммерсии, обеспечивающей суб-волновое пространственное разрешение.
Целью квалификационной бакалаврской работы является разработка ТГц изображающей системы на основе эффекта твердотельной иммерсии, обеспечивающей суб-волновое пространственное разрешение.
Научная новизна квалификационной работы состоит в следующем:  метод визуализации на основе эффекта твердотельной иммерсии впервые реализован в ТГц диапазоне частот;  конструкция ТГц объектива на основе эффекта твердотельной иммерсии с опорным окном адаптирована для визуализации мягких биологических тканей

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Продолжительное время имелись только ограниченные сведения о терагерцовом (ТГц) диапазоне. Положение изменилось с появлением новых эффективных источников и приемников ТГц излучения в XX веке. За последние два десятилетия благодаря быстрому развитию элементной базы [1– 6] ТГц технологии нашли свое применение в множестве научно-технических задач. ТГц визуализация использовалась в медицинской диагностике злокачественных новообразований и биологических тканей [7–11], в неразрушающем контроле композитных материалов и керамики [12,13], в контроле качества фармацевтической, химической и пищевой промышленности [14–16], а также в исследовании электрических цепей и полупроводниковых гетероструктур [17–19]. Несмотря на это стремительное развитие, остается ряд неразрешенных проблем современной ТГц техники, наиболее важной из которых является относительно низкое пространственное разрешение традиционных ТГц фокусирующих элементов, из-за большой длиной волны излучения [20]. Последняя проблема имеет особое значение для некоторых приложений ТГц техники, таких как медицинская диагностика, поскольку размеры структурных элементов биологических тканей имеют размеры существенно меньше длины волны ТГц излучения [7]. Таким образом, повышение пространственного разрешения ТГц спектроскопии и визуализации существенно увеличит эффективность ТГц диагностических инструментов, а также повысит точность определения границ новообразований. Практическим решением этой проблемы является разработка ТГц изображающей системы на основе эффекта твердотельной иммерсии, который заключается в уменьшении размеров каустики пучка в случае, когда он фокусируется на малом расстоянии позади среды с высоким показателем преломления [21,22]. Однако на данный момент имеются ограниченные