太赫兹极化合成孔径雷达成像系统设计

基于单站逆合成孔径雷达成像原理,设计了一套太赫兹近场极化合成孔径雷达成像系统。系统在电学成像方式的基础上引入了光学器件硅分束器,达到了基于单站逆合成孔径雷达成像原理的伪双站成像效果。详细分析了系统中由硅分束器引起的系统误差,并提出了校准方案。解决了在近场成像场景中,由于高增益天线视场角窄而引起的多站成像困难的问题。实验结果表明,系统校准方案取得了良好的校准效果,成像系统能够准确地获取目标极化图像。     

太赫兹量子器件及其成像实验研究

本文简要介绍了工作于太赫兹（THz）波段的量子级联激光器、量子阱探测器的研究进展,主要介绍了器件在THz成像方面的实验研究,包括被动成像技术和扫描透射成像技术,其中扫描透射成像的最佳分辨率为0.5 mm。     

连续太赫兹波成像系统检测酚醛泡沫材料中的缺陷

主要研究连续太赫兹成像系统检测不透明酚醛泡沫材料中的缺陷。在酚醛泡沫中插入不同直径的铁丝,然后利用透过泡沫的信号强度变化来检测泡沫内部的铁丝,实验结果能探到的最小铁丝直径为0.4mm。表明连续太赫兹波成像技术在探测不透明酚醛泡沫材料内部缺陷方面具有很大的应用前景。     

太赫兹光谱和成像应用及展望

作为近年来颇受科技界和各国政府重视的一个新兴学科和技术领域,太赫兹辐射具有不同于其它波段电磁波的许多独特性质,因而在物理、化学、生物、材料、医学、农业、国防和军事等领域具有广阔的应用前景.结合国内外研究和应用的现状,本文概述了太赫兹时域光谱、太赫兹成像以及太赫兹技术在物理学、化学、生物学和天文领域的应用和机遇,供广大同行参考.     

基于超表面的太赫兹复用成像

提出了一种基于单层超表面的太赫兹复用器件。该器件基于PB(back propagation)相位理论、广义斯涅耳定律以及马吕斯定律,实现了空间分复用成像。计算结果表明,所设计的器件能将一束线偏振入射光离轴出射,并产生多通道的复用图像。该器件的研究对拓展THz波段的高分辨成像、多通道信息传输等功能具有重要意义。     

生物组织的太赫兹数字全息成像

太赫兹辐射具有低光子能量和较高的透射性,并对水分子等极性物质反应敏感,因此太赫兹数字全息成像法可以快速准确地获取生物组织信息。本文利用太赫兹数字全息成像系统对猪肉和羊肉组织切片进行测量,采用菲涅耳反衍射方法对实验结果进行优化,选取0.9THz分量的振幅图像进行分析。通过计算组织的吸光度获取0.9THz吸光度图像。实验结果显示,肌肉组织的吸光度均在8cm~(-1)以上,脂肪组织的吸光度不超过4cm~(-1)。采用主成分分析方法获得吸光度得分图并进行重建,从重建结果中可以清晰区分生物组织的不同区域。由此表明,太赫兹数字全息成像技术能够直接获取生物组织的二维信息,探测时间短、效率高,在生物检测领域具有广阔的应用前景。     

太赫兹光谱和成像技术及其应用

介绍了太赫兹光谱和成像技术的有关方面，特别是基于飞秒激光的太赫兹辐射和探测技术，以及太赫兹光谱和成像技术在国家安全、材料诊断、无损检测和生物医学方面的应用。对于太赫兹技术存在的问题以及今后发展方向，作了简要的论述。     

三种橡胶材料的太赫兹光谱研究

本文利用太赫兹时域光谱技术研究了氯丁橡胶、丁腈橡胶和三元乙丙橡胶在0.2～1.8 THz频段的光学性能和光谱特性,得到了三种橡胶的时域谱、折射率谱和吸收谱,进而计算橡胶在0.2～1.8 THz频段的吸收系数和折射率,结果表明可以通过吸收系数与折射率来区分不同种类的橡胶。这种方法为认识橡胶对太赫兹波的响应机制提供了科学依据,有望为橡胶材料鉴别提供一种有效的分析手段。     

多组件太赫兹时域波谱仪及其应用研究

针对固体、液体不同形态易燃易爆危险物品准确识别的要求,设计并搭建了多组件太赫兹时域波谱仪。用该波谱仪检测了两种不同形态的易燃易爆危险品。测试结果表明,该波谱仪在0.1～2 THz频谱范围内检测危险品时都能得到明显的特征吸收峰,因此可以使用该波谱仪识别不同形态的危险品,并为公共安全检查提供一种新的方法。     

太赫兹波的古依相移研究

为了测量太赫兹波聚焦点附近不同位置的太赫兹时域信号图对飞秒脉冲强激光在空气中进行聚焦,在形成空气等离子体细丝通道的同时辐射出锥型太赫兹波,并用离轴抛物面金镜收集和聚焦太赫兹波。利用电光采样系统来探测太赫兹波,得到其频谱宽度约为4THz。通过对比分析得出,会聚的太赫兹波同样具有古依相移效应。     

Energy resolution of an Omega-type monochromator and imaging properties of the MANDOLINE filter

We report on the energy resolution properties of an Omega-type monochromator. In a TEM/STEM setup with a MANDOLINE filter and extreme stability of the high voltage and the filter current, an energy resolution of 43 meV for 0.1 s exposure time and 87 meV for 100 s exposure time was measured at 200 kV with 40 meV monochromator slit width. The monochromized zero-loss peaks are additionally characterized by their edge steepness. Moreover a drop in the monochromized zero-loss peak by 10³ after 260 meV can be obtained even without deconvolution. For small fields of view, the energy resolution mostly does not depend on the MANDOLINE filter. With the Corrected OMEGA filter an energy resolution of 41 meV was measured for 0.03 s exposure time at 200 kV with 30 meV monochromator slit width and 77 meV for 50 s exposure time at 80 kV with 40 meV monochromator slit width. Furthermore, the MANDOLINE filter’s setup and imaging properties are presented such as isochromaticity (<5 meV) and transmissivity (T_(1 eV)=17,400 nm²), which set a new standard for imaging energy filters and allow EFTEM spectrum imaging with energy windows ≤200 meV and reasonable fields of view.     

13.5nm Schwarzschild显微镜系统及成像实验

研制了工作波长为13.5 nm的Schwarzschild成像显微镜.从共轴两镜系统的基本理论出发,通过消除三级球差、彗差和像散设计了Schwarzschild物镜的光学初始结构,计算了物镜的光学传递函数.结果表明,物镜在士0.3 mm视场内像方空间分辨率可达550 lp/mm.根据工作波长和镜面的入射角度设计了Mo/...     

太赫兹Gabor同轴数字全息二维再现像复原

提出结合分段对比度拉伸变换(PCST)和基于块的局部最优维纳(PLOW)滤波算法进行太赫兹Gabor同轴数字全息二维再现像图像复原的方法。分别介绍了PCST和PLOW的工作原理,给出了PCST-PLOW组合滤波算法的工作流程。对真实的2.52THz数字全息再现像进行了去噪处理,并对每一处理过程进行了对比分析。比较了PCST节点对增强效果的影响,其节点的起点和终点分别根据直方图和图像均值确定。对真实太赫兹再现像的处理结果显示:去噪处理后的40帧平均全息图再现像的整体标准差由0.184 9提升到0.307 4,均值与标准差的比值由1.720 8提升到2.268 8。得到的结果表明所用方法明显抑制了噪声,同时提高了图像对比度。     

运动补偿成像光谱仪的地面分辨率

针对用运动补偿增加成像光谱仪能量积分时间的情况,推导出了其地面分辨率和望远系统焦距选择的一般表达式.运动补偿成像光谱仪地面分辨率与指向反射镜转角成反比关系,转角大时地面分辨率低,反之亦然.给定成像光谱仪探测器像元尺寸为20μm,飞行轨道高度为600 km,光线摆角≤30,以星下点、最大摆角和整个运动补偿段地面分辨率中值为30 m为依据来计算望远系统的焦距,求得望远系统焦距为400、470、435 mm,并给出了此时的地面分辨率相对比值与光线摆角的关系曲线.对于积分时间一定的情况,推导出指向反射镜的反扫角速度公式.结果表明:指向反射镜反扫角速度是卫星运动速度、飞行轨道高度、对目标进行凝视测量时光线的提前摆角、飞行时间及地球半径的函数,改变指向反射镜反扫的角速度,可使积分时间增大N倍.     

航空光电成像模糊的实时恢复

基于复数离散傅里叶变换(CDFT)频谱的共轭对称性,对传统的实数离散傅里叶变换(RDFT)做了改进,将改进后的RDFT算法用于维纳滤波器中来实现对运动模糊图像的恢复处理。一幅水平方向运动模糊,大小为512×512的8 bit灰度图像被用作测试图像,可以在19 ms内在Intel Pentium 4 3.0 GHz主频的PC机上用一维维纳滤波及改进的RDFT算法完成模糊恢复,满足实时处理的需要。实验结果显示,改进的RDFT能对CDFT的频谱数据实现有效压缩,节省一半的存储空间,使得维纳滤波等图像恢复频域算法的运算速度提高将近一倍;与CDFT相比,改进的RDFT算法没有丢失数据,能达到相同恢复精度。     

空间成像光谱仪的主体支撑方式

为了改善空间成像光谱仪主体支撑方式对系统光机结构稳定性的影响,分析了成像光谱仪对主体支撑结构的要求,介绍了常用空间光学遥感仪器的支撑方式.在传统支耳支撑方式不能满足离轴非球面三反射镜(TMA)系统热稳定性的情况下,提出了一种新的双耦合的支撑方案并对其进行了理论分析.优化设计过程中,采用有限元分析软件MSC.PATRAN对其三维样机进行工程分析,结果显示,在正弦振动载荷作用下,主体一阶频率为95 Hz;在10 ℃均匀温降与自重耦合作用下,各反射镜的镜面变形RMS最大值为12 nm、PV最大值为60 nm,主镜绕Z轴的转角由原来的55″降低为12″,热真空环境下整机成像试验获得的光谱数据验证了工程分析的正确性,表明双耦合的支撑方案能满足整机刚度和光机系统对热稳定性的要求.     

空间成像光谱仪主体支撑技术研究

为了改善某型号空间成像光谱仪主体支撑方式对系统光机结构稳定性的影响,从三个方面分析了系统光机结构稳定性的表达方式,介绍了常用空间光学遥感仪器的支撑方式。在传统支耳支撑方式不能满足离轴非球面三反射镜（TMA）系统热稳定性的情况下,提出了一种新的双耦合的支撑方案并对其进行了理论分析。优化设计过程中,采用有限元分析软件MSC.PATRAN对的三维样机进行工程分析,结果表明,在正弦振动载荷作用下,主体一阶频率为95Hz;在10℃均匀温降与自重耦合作用下,各反射镜面RMS最大值为12nm、PV最大值为60nm,主镜绕Z轴的转角由原来的55'降低为12'。热真空环境下整机成像试验获得的光谱数据验证工程分析的正确性,双耦合的支撑方案能满足整机刚度和光机系统的热稳定性的要求。     

同心多尺度成像模式下的高分辨子成像系统设计

以同心多尺度成像模式为基础,结合人眼视网膜凹成像思想,提出了一种宽视场与双分辨率成像组合的新型同心多尺度成像系统,在广域视场范围内实现了对关注的感兴趣目标区域的高分辨动态注视。介绍了同心多尺度双分辨率成像系统的工作方式;使用一个单透镜和一个双胶合透镜为初始结构,结合二轴微机电系统(MEMS)扫描微镜组合形成光路;利用ZEMAX光学设计软件,优化设计了成像波段为0.486~0.656μm,在单个分通道视场内(30°)可对关注的小视场区域(6°)高分辨注视跟踪的子成像系统。对成像系统的像质以及点列图、调制传递函数(MTF)曲线、场曲、畸变曲线进行了评价。结果表明设计的子成像系统在全视场内成像均匀,接近衍射极限,场曲和畸变较小,最大场曲不超过0.6mm,最大畸变小于1.5%,能够满足同心多尺度双分辨率成像系统对子成像系统性能的要求。     

基于太赫兹波的高分辨率空间电荷测试方法及系统

空间电荷的特性及分布状态直接改变介质内部电场的强弱,严重影响器件的电学性能。近年来,纳米材料和微纳电子器件飞速发展,在纳米量级乃至更小尺度上探测和掌握空间电荷的特征信息成为亟待解决的问题。为此基于脉冲电声法基本原理,设计并实现了一种基于太赫兹波和弹光取样技术的空间电荷分布测试新方法。基于应力双折射效应原理,设计制作了弹光取样传感器,并测试了性能。搭建了空间电荷测试系统,对定制硅PN结试样进行了测试,空间电荷区宽度随偏置电压的变化规律与PN结基本电学特性吻合。该方法采用全光学技术手段,克服了传统电子测试技术对系统带宽的限制,实验结果表明,该测试方法可以有效且可靠地将空间电荷测试分辨率提升至纳米量级。     

Compressive sampling-based strategy for enhancing ADCs resolution

The paper deals with the problem of simultaneously enhancing both horizontal and vertical resolution of analog-to-digital converters, with specific regard to low-cost conversion systems. To this aim, the authors propose the combined exploitation of a suitable Compressive Sampling (CS) approach and a proper digital signal processing stage. In particular, starting from a reduced number of digitized samples, the proposed CS-based sampling approach allows to recover an oversampled version of the input signal, whose spectral content is properly shaped to reject the most of in-band noise. The successive processing stage, implementing a low-pass filter, is mandated to drastically attenuate out-of-band noise components.Tests carried out on an actual microcontroller (namely, PIC32MX360L512 by Microchip) evidence the promising performance of the proposed sampling strategy. Results obtained either on single tone or multisine signals highlight a gain up to 3.5 bits in vertical resolution, while the sample rate increases 50 times with respect to the actual one adopted to randomly sample the input signal of interest.