太赫兹数字全息术的研究进展

随着太赫兹成像技术的不断成熟,其空间分辨率和系统信噪比逐渐提高,成像速度逐渐加快,光学信息获取能力逐渐变强,人们对太赫兹成像在基础研究和工业应用的开发也逐渐深入。本文综述了近年来科研人员利用太赫兹数字全息成像系统进行的部分研究工作,包括对平板太赫兹元件的性能表征、对光控太赫兹元件的功能验证、对衍射太赫兹场中的纵向分量进行观测、以及对金属亚波长器件的太赫兹表面波进行分析。这些工作的完成对于太赫兹集成系统的研究和太赫兹成像技术的应用都具有积极的推动作用。     

高空间分辨率高可见度的太赫兹光谱成像研究

太赫兹光谱成像,不但包括在二维图像空间的强度信息,同时可以得到太赫兹波段的光谱信息,构成了一个三维的数据矩阵。由于受到太赫兹成像系统内部硬件的限制和影响,太赫兹频域较高频段处信号存在能量弱、信噪比低的特点,导致所成的太赫兹图像普遍存在分辨率低、对比度低等问题。因此,利用三维数据矩阵,应用适合的算法,实现了提高太赫兹光谱成像空间分辨率、边缘细节可见度的目的。搭建了三维可移动式太赫兹时域光谱成像系统,实现了对标准高分辨率板的二维扫描。对该系统所采集到的信号分别进行时域、频域等多种方式成像对比,结合瑞利判据和分辨率标尺对成像系统的空间分辨率、景深进行标定,研究了提高太赫兹光谱成像的空间分辨率算法。然后,针对太赫兹频域高频区域信噪比低、对比度低、噪声原因复杂的特点,结合深度残差学习的图像去噪理论,提出了太赫兹图像深度去噪网络,在训练集中引入成像系统中真实的“太赫兹残差噪声”。最后,利用所训练出的模型对太赫兹频域高频区域图像进行盲去噪,并用重建图像分别与原始成像结果和传统太赫兹去噪算法结果进行比较,分别从主观和客观两个方面评价了不同算法对太赫兹频域高频图像的去噪效果。实验结果表明,通过该算法实现...     

基于可调谐准高斯波束太赫兹源的成像系统研究

报道了一种基于频率可调谐准高斯太赫兹波束的透射成像系统.研究表明,在这种成像系统中太赫兹波束具有良好的空间分布特性,其波束质量因子M²_x＝1.15,M²_z＝1.25,波束传输特性和聚焦特性良好.实验结果反映出成像系统的空间分辨能力与典型太赫兹波长(250μm)相接近.在太赫兹波输出1.0—2.5THz范围内,成像系统信噪比大于1000dB;在1.8THz处,信噪比 关键词： 太赫兹波 太赫兹成像 太赫兹探测     

基于光场处理方法的太赫兹成像优化（英文）

近年来,太赫兹技术在检测、安保等诸多领域变得日益重要。如何扩大视场和提高成像质量是太赫兹成像的关键。针对以上问题,本文基于单相机扫描方式搭建了一个太赫兹光场成像系统以同时实现对太赫兹波空间和角度分布信息的利用。基于四维全光函数和双平面参数化方法,利用太赫兹光场传播过程中的强度一致性进行了重聚焦运算,通过对光场进行积分即可得到一系列对应不同视角、不同成像距离的结果。与初始的太赫兹成像结果相比,所搭建成像系统的视场和成像质量都得到了有效提升。在本文实验中,视场扩大了1.84倍,分辨率从1.3 mm提高到了0.7 mm。此外,部分被遮挡的目标信息也可通过使遮挡物离焦得到恢复。结果证明所搭系统能够提高太赫兹成像质量并拓展其功能,从而为太赫兹无损测量和安全检测提供了新的思路。     

太赫兹成像技术的进展

近年来随着光子技术和微电子技术的快速发展,太赫兹成像的应用领域越来越广泛,并在药品食品监测、生物医学成像、器件非接触无损检测、文物艺术品研究等领域取得了不错的成果。从太赫兹波的独特性质开始,总结了相比微波和X射线,太赫兹波在成像方面的优越性能。接着从光源方面,对太赫兹连续波成像和太赫兹脉冲波成像进行了比较,包括系统原理、成像特性以及各自优缺点等方面。之后,针对太赫兹成像技术二十年间的发展,本文重点回顾了太赫兹时域光谱成像技术、焦平面阵列探测成像技术、近场成像技术以及亚采样压缩感知成像技术四种方式,并对其基本原理和发展趋势进行了分析。其中,太赫兹时域光谱技术部分以经典的反射式光谱成像系统为例,重点介绍了光谱成像的基本原理、技术发展趋势及其在制药领域的实用案例,并在此基础上介绍了太赫兹源和太赫兹探测器两种成像关键器件的工作原理。焦平面阵列探测成像技术共介绍了CCD型、 Microbolometer型以及CMOS型三种目前较为成熟的面阵相机。近场成像技术分为孔径成像和尖端散射两大成像类型进行介绍,总结了包括近场照明模式、近场收集模式孔径成像技术以及激光太赫兹发射显微镜和扫描隧道显微镜两种典型的尖端散射近场成像技术,内容涉及系统工作的基本原理、当前研究的进展以及该技术在目前的发展中仍然存在的问题。最后一部分对比太赫兹光谱成像技术使用的光栅扫描采样方式,介绍了能够降低系统采样率的压缩感知成像方法。文中主要分析了光调制器作为亚采样关键器件的改进优化过程,以及研究人员对相关算法的改进。     

基于太赫兹时域光谱技术的伪色彩太赫兹成像的实验研究

提出了一种伪色彩太赫兹成像技术. 通过引入频域色彩区间积分, 建立了一套基于太赫兹时域光谱技术的伪色彩太赫兹成像系统, 实验分别研究了乳糖和对氨基苯甲酸两种不同白色化学粉末的伪色彩成像和灰度成像, 研究了不同颜色区间定义对伪色彩图像的影响, 讨论了利用不同频率信息成像系统所能达到的空间分辨率. 研究结果表明, 伪色彩成像技术可以将不同的物质信息同时成像在一张太赫兹图像中, 通过不同物质在太赫兹图像中呈现出的颜色差别来区分不同的物质及其分布. 克服了传统的太赫兹灰度成像技术中, 需要多张图像来区分不同的物质的问题, 提高了成像速度, 降低了筛选难度. 利用高频信息进行伪色彩成像, 可以将系统成像的空间分辨率提高到0.4 mm. 伪色彩成像方式可以更直观快捷地显示样品的基本属性, 对于实现太赫兹安检的初检和快速筛选具有重大的现实意义.     

雷达信号处理技术在太赫兹成像中的应用

太赫兹成像采用的成像算法多来自于其他频段已经成熟的成像算法,而针对太赫兹波特性的成像算法还不多见,因此在太赫兹频段形成了成像机理及算法研究的空白。按照经典电磁理论、光学原理对太赫兹成像进行分类,指出了雷达成像与太赫兹成像之间的关系。并通过研究太赫兹雷达目标散射特征,分析了不同太赫兹源的衍射极限成像分辨力。最后,从信号处理的角度介绍了太赫兹雷达信号处理及成像算法的研究现状。     

室内人体隐匿物被动太赫兹成像研究进展

太赫兹波由于其极低的光子能量和对非极性物质较强的穿透特性已成为人体隐匿物检测应用的热点。本文以室内人体隐匿物品探测为主要应用背景,简要介绍了太赫兹波段的大气传播特性;重点分析了基于辐射检测的室内被动太赫兹成像原理和系统的关键技术,包括辐射计和阵列扫描方式等;回顾了国内外被动太赫兹成像技术在人体安检领域的研究现状。综合考虑系统成本和成像时间,一定数量的高灵敏度辐射计加上扫描机构成像的方式在未来很长一段时间里将是被动太赫兹成像系统的主流方式。     

单探测器快速扫描被动太赫兹人体成像系统

报道了一种单探测器快速扫描准光学被动太赫兹人体成像系统,并设计了成像分辨率测试卡。该成像系统的光路由反射式准光学器件构成。被检测人员自身辐射的太赫兹波通过成像系统的透波窗口进入设备,依次经过摆动反射镜、旋转反射镜、聚焦反射镜和固定反射镜后到达太赫兹探测器。该成像系统仅用一个太赫兹探测器,配合由旋转反射镜和摆动反射镜组成的扫描机构,就可在2.5 s的时间内完成对一个距离设备1.5 m处0.65 m×1.9 m区域的完整成像,成像线分辨率达到2 cm。该成像系统不仅可有效显示金属、液体、陶瓷和粉末等材料的可疑危险物品的轮廓,还可对太赫兹图像上显示出的携带物品进行自动标记。     

基于焦平面阵列的连续太赫兹波生物组织成像技术研究

太赫兹焦平面成像是一种实用成像技术,具有快速成像、结构简单的特点,适用于生物组织的太赫兹波段成像。为此,搭建了一套反射式连续太赫兹波焦平面成像系统,对新鲜猪肉组织、大鼠脑组织和人脑胶质瘤组织进行成像。实验发现,通过添加成像窗口可以减少目标不平整表面的散射;同时,采用平场校正可以消除非均匀光照带来的影响。结果表明,反射式连续太赫兹波焦平面成像系统可用于对生物组织的实时成像,为生物组织的无标记快速成像提供了有效的技术手段。     

基于太赫兹量子级联激光器的实时成像研究进展

太赫兹(THz)实时成像是THz技术中颇具潜力的一个领域,具有成像速度快、成像分辨率高等特点,基于THz量子级联激光器(QCL)的实时成像系统是其中最重要的一种,系统体积小、重量轻、成像信噪比高等特点使其在实际应用中具有独特的优势。本文主要介绍了THz QCL器件及其实时成像系统的研究进展,采用超半球高阻硅透镜改善了THz QCL的输出激光,实现了准高斯光束输出,搭建了基于二维摆镜消干涉技术的THz实时成像系统,单帧成像光斑面积45mm×30 mm,实现了对刀片、药片的实时成像演示,成像分辨率优于0.5 mm;最后对成像系统激光源、成像光路和探测端的改进以及成像效果的改善方面进行了综述,并探讨了THz实时成像系统未来的发展趋势及其在材料分析和生物医学成像方面的应用前景。     

Terahertz quasi-near-field real-time imaging

A terahertz (THz) quasi-near-field real-time imaging system is presented. Not only the consumption of experimental time is dramatically reduced, but also the resolution of the imaging system is improved to the magnitude of sub-wavelength of THz waves. THz images of a razor blade edge are obtained and the spatial resolution of the imaging system is discussed in detail. For checking the imaging capability of this system, three metallic plates with different sub-wavelength air hole arrays are imaged and the microstructure of these samples can be clearly observed in their THz images. It is believed that the THz quasi-near-field real-time imaging system should have tremendous applications in the THz microscopic field.     

Terahertz sensing and imaging based on nanostructured semiconductors and carbon materials

The advantageous properties of terahertz (THz) waves, such as permeability through objects that are opaque for visible light and the energy spectrum in the microelectron‐volt range that are important in materials research, allow their potential use in various applications of sensing and imaging. However, since the THz region is located between the electronic and photonic bands, even the basic components such as detectors and sources have not been fully developed, unlike in other frequency regions. THz technology also has the problem of low imaging resolution, which results from a considerably longer wavelength than that of the visible light. However, the utilization of nanostructured electronic devices has recently opened up new horizons for THz sensing and imaging. This paper provides an overview of the THz detector and imaging techniques and tracks their recent progress. Specifically, two cutting‐edge techniques, namely, frequency‐selective THz‐photon detection and integrated near‐field THz imaging, are discussed in detail. Finally, the studies of superconductors and semiconductors with high‐resolution THz imaging are described.     

THz关键技术及其在生物医学中的应用

THz电磁辐射的关键技术就是THz的产生和检测.本文分别介绍了两种产生THz辐射的方法及其对应的检测方法,较为全面地论述了THz成像技术,详细分析了THz成像技术的成像装置、成像原理及成像过程,并对其在生物医学方面的应用前景进行了重点分析.     

Terahertz polarization imaging with birefringent materials

We present a terahertz (THz) imaging method with a birefringent material which is sensitive to THz wave polarization. The subtle THz polarization modulations introduced by the target are extracted by the amplitudes of the two separated THz peaks passing through the birefringent material. The anisotropy of the industrial sprayed-on-foam-insulation (SOFI) is characterized by measuring its azimuthal angle dependent THz polarization response. This work demonstrated that this polarization sensitive THz imaging technique can be used for industrial inspection and biological related characterization.     

1.54 THz激光成像实验与物质穿透特性

 用1.54 THz的波导型辉光放电激励的大功率连续波氰化氘（DCN）激光系统,进行了1.54THz激光成像实验研究和多种物质的穿透特性研究。利用简单的被测物体的2维扫描光学系统进行了连续波1.54 THz激光物体穿透成像,通过测量穿透光的不同强度清楚地识别了放入信封的塑料胸卡和金属硬币的位置和形状。实验中对不同物质进行了1.54 THz激光穿透特性测量,得到了多种不同物质的吸收系数。     

THz激光主动图像预处理方法研究

鉴于THz激光主动成像以其较低的光子能量和较高的穿透能力在危险品检测、医疗和食品检验等领域有着广泛的应用前景,将对比度拉伸变换、中值滤波和均值滤波常规图像预处理方法引入到THz激光主动图像处理中,对五元人民币纸币的水印THz面阵图像进行了预处理。处理结果表明,对原始图像进行对比度拉伸变换可以较大地提高图像对比度,在此基础上进行的中值滤波和均值滤波可进一步提高图像的辨识能力,中值滤波可以保护目标边缘细节并使图像平滑。在对比中发现,当窗口大小为9×9像元时滤波后的视觉效果最佳。     

Continuous-wave terahertz digital holography by use of a pyroelectric array camera

Terahertz (THz) digital holography is realized based on a 2.52?THz far-IR gas laser and a commercial 124 × 124 pyroelectric array camera. Off-axis THz holograms are obtained by recording interference patterns between light passing through the sample and the reference wave. A numerical reconstruction process is performed to obtain the field distribution at the object surface. Different targets were imaged to test the system's imaging capability. Compared with THz focal plane images, the image quality of the reconstructed images are improved a lot. The results show that the system's imaging resolution can reach at least 0.4 mm. The system also has the potential for real-time imaging application. This study confirms that digital holography is a promising technique for real-time, high-resolution THz imaging, which has extensive application prospects.