一種二維太赫茲成像系統(tǒng)技術方案

本實用新型專利技術公開了一種二維太赫茲成像系統(tǒng)，包括有順次設置的飛秒激光器、衍射分光裝置、激光聚焦透鏡、太赫茲光導天線陣列、太赫茲成像透鏡、太赫茲聚焦透鏡和太赫茲探測器。利用二維太赫茲成像系統(tǒng)來獲得成像圖像時將成像物體放置于太赫茲成像透鏡和太赫茲聚焦透鏡之間，然后通過飛秒激光器發(fā)出的激光引發(fā)太赫茲光導天線陣列產(chǎn)生太赫茲波束組，太赫茲波束組由太赫茲聚焦透鏡會聚到太赫茲波探測器上，獲得二維太赫茲圖像。本實用新型專利技術可直接獲得二維太赫茲圖像，成像速度較傳統(tǒng)的逐點掃描成像方法大大提高，而且這種成像裝置不需要采用太赫茲探測陣列，這也降低了系統(tǒng)的復雜程度，節(jié)約了成本。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本技術涉及光學成像檢測領域，具體是ー種ニ維太赫茲成像系統(tǒng)。
技術介紹
太赫茲波通常是指頻率范圍在O. I THz到10 THz (I THz = IO12 Hz)區(qū)間的電磁波，介于微波和紅外光之間。太赫茲波具有很多特點，包括太赫茲波的光子能量遠低于可見光和X射線，僅為可見光的千分之一，X射線的百萬分之一，對人體危害極??；太赫茲波波長較長(I THz 300 μ m)，用來進行測量時對樣品表面粗糙度要求不高，受物質(zhì)散射影響小；此外太赫茲波對很多不透明介質(zhì)材料，如塑料、陶瓷、皮革、半導體晶圓等具有很強的穿透性。這些特點使太赫茲成像技術在質(zhì)量控制和安全檢測等領域有著廣闊的應用前景。傳統(tǒng)的光學成像方法通常是利用從單個光源發(fā)出的光束被擴束后照射整個成像 物體，經(jīng)過成像物體的光束通過ー個成像透鏡投射到探測陣列上(例如感光膠片、CCD相機等)，因為經(jīng)過目標的光束攜帯了物體的信息，這樣在探測陣列上就可以獲得物體的圖像。但是，這種傳統(tǒng)的光學成像方法應用到太赫茲領域受到諸多限制。首先是制作太赫茲探測陣列，特別是有足夠像素的太赫茲探測陣列非常困難，價格十分昂貴；其次太赫茲探測陣列的靈敏度也很低，這樣將太赫茲信號能量細分到整個探測器陣列上會極大地降低系統(tǒng)的信噪比(Signal to Noise Ratio),嚴重影響成像質(zhì)量。因為這些原因，目前采用的太赫茲成像方法都是基于逐點掃描的方式來獲得ニ維圖像，這樣獲取一幅太赫茲圖像需要耗費大量的時間，極大地限制了太赫茲成像技術的應用。
技術實現(xiàn)思路
本技術要解決的技術問題是提供一種ニ維太赫茲成像系統(tǒng)，解決現(xiàn)有的太赫茲逐點掃描成像方法耗時過長、以及缺少有效的ニ維太赫茲探測陣列以致無法進行高效的ニ維太赫茲直接成像的問題。本技術的技術方案為一種ニ維太赫茲成像系統(tǒng)，包括有順次設置的飛秒激光器、衍射分光裝置、激光聚焦透鏡、太赫茲光導天線陣列、太赫茲成像透鏡、太赫茲聚焦透鏡和太赫茲探測器。所述的衍射分光裝置選用分光光柵。所述的太赫茲探測器選用太赫茲功率探測器或太赫茲場探測器。本技術的設計原理為根據(jù)光路可逆原理，如果在成像系統(tǒng)中，用光源陣列代替探測陣列，用單個探測器代替單個光源，這樣光源陣列上的每ー個點相當于ー個像素，對應成像物體上的每ー個點；經(jīng)過成像物體的載波通過聚焦透鏡會聚到單個探測器上，只要光源陣列上每ー個點源發(fā)出的信號是可分辨的，這樣用單個探測器就能夠同時獲得每一個點源發(fā)出的信號的信息，從而獲得物體的ニ維圖像信息。由衍射分光裝置產(chǎn)生的激光束組在太赫茲光導天線陣列上對應激發(fā)產(chǎn)生太赫茲波束組。利用太赫茲波束組作為光源進行二維成像，需要每一束太赫茲波在終端的單個太赫茲探測器上是可分辨的。這可以通過對太赫茲光導天線陣列上的每一個天線施加不同頻率的交流偏置電壓來實現(xiàn)。當激光激發(fā)太赫茲光導天線產(chǎn)生太赫茲波時，在天線上施加頻率為/的交流偏置電壓，相當于對太赫茲波進行調(diào)制，調(diào)制頻率為八相應的，給光導天線陣列上的每個光導天線都施加交流偏置電壓，并且頻率各不相同，這樣每個太赫茲波源都受到調(diào)制。在探測端，利用鎖相檢測技術，就可以把每一個太赫茲光導天線發(fā)出的信號(像素)分辨出來，從而獲得二維太赫茲圖像。本技術的優(yōu)點為本技術可以直接獲得二維太赫茲圖像，成像速度較傳統(tǒng)的逐點掃描成像方法大大提高。每一個太赫茲光導天線需要大約10 mW的激發(fā)功率，一臺IW輸出的飛秒激光通過衍射分光裝置可以分成10X10的光束組，去激發(fā)10X10的光導天線陣列，這樣成像速度理論上可提高100倍。而且這種成像裝置不需要采用太赫茲探測陣列，這也降低了系統(tǒng)的復雜程度，節(jié)約了成本。附圖說明圖I是本技術的使用結構示意圖。具體實施方式見圖1，一種二維太赫茲成像系統(tǒng)，包括有順次設置的飛秒激光器I、衍射分光裝置2、激光聚焦透鏡3、太赫茲光導天線陣列4、太赫茲成像透鏡5、太赫茲聚焦透鏡7和太赫茲探測器8 ;衍射分光裝置2選用分光光柵；太赫茲探測器8選用太赫茲功率探測器或太赫茲場探測器。見圖1，本技術的成像方法，包括以下步驟(I)、先將成像物體6放置于太赫茲成像透鏡5和太赫茲聚焦透鏡7之間；(2)、飛秒激光器I發(fā)出的激光光束經(jīng)過衍射分光裝置2被分成等光強的、呈等間距陣列分布的光束組，光束組經(jīng)過激光聚焦透鏡3照射到太赫茲光導天線陣列4上產(chǎn)生等光強、呈陣列分布的太赫茲波束組；(3)、太赫茲波束組經(jīng)過太赫茲成像透鏡5后照射到成像物體6上，然后經(jīng)過成像物體6的太赫茲波束組由太赫茲聚焦透鏡7會聚到太赫茲波探測器8上，獲得二維太赫茲圖像。太赫茲光導天線陣列4上的每一個天線施加交流偏置電壓，并且每一個天線上的交流電壓的頻率都不相同，當飛秒激光器I發(fā)出的激光引發(fā)太赫茲光導天線陣列4產(chǎn)生太赫茲波時，在天線上施加頻率為/的交流偏置電壓，相當于對太赫茲波進行調(diào)制，調(diào)制頻率為八由于激光弓I發(fā)太赫茲光導天線陣列4上的天線都施加了交流電壓，這樣每束太赫茲波都受到調(diào)制，并且調(diào)制頻率都不相同。在探測端，太赫茲探測器8的輸出信號接入鎖相放大器，此時，以與某一天線的調(diào)制頻率相同的交流信號作為鎖相放大器的參考信號，這樣只有該天線發(fā)出的信號能夠被鎖相放大器測出，其它天線的信號都被濾掉。依次改變參考信號的頻率，就可以獲得對應的天線發(fā)出的信號。再根據(jù)天線的編號以及對應測得的信號，構繪二維圖像。也可以利用多個鎖相放大器并行測量，以節(jié)省依次改變參考信號進行測量的時間，提高成像速度。本實施例是利用透過成像物體的太赫茲波束來對物體進行成像，另外經(jīng)過成像物 體表面反射或散射的太赫茲波也可用來取得成像物體的圖像信息，在這兩種情況下本技術方法也可以直接使用。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種二維太赫茲成像系統(tǒng)，其特征在于：包括有順次設置的飛秒激光器、衍射分光裝置、激光聚焦透鏡、太赫茲光導天線陣列、太赫茲成像透鏡、太赫茲聚焦透鏡和太赫茲探測器。

【技術特征摘要】
1.一種二維太赫茲成像系統(tǒng)，其特征在于包括有順次設置的飛秒激光器、衍射分光裝置、激光聚焦透鏡、太赫茲光導天線陣列、太赫茲成像透鏡、太赫茲聚焦透鏡和太赫茲探測器。2.根據(jù)權利要求I所述...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：陳堅，吳周令，
申請(專利權)人：吳周令，
類型：實用新型
國別省市：