BWO连续太赫兹波成像检测

返波管(BWO)连续太赫兹波成像方法是一种新的无损检测方法.实验过程中把样品放在X-Z 二维电控平移台上进行扫描成像,透过样品的太赫兹波强度信息由热释电探测器接收,再经由电脑成像.给出了应用O.71 THz 的连续太赫兹波对打孔铝板、公交卡,校园卡的内部结构和对隐藏在信封内的硬币等物体和信封内纸片上的铅字迹的成像实验研究事例,并且测知该系统能够分辨出最小直径为1.5 mm的小孔.并且对成像图像进行了数字图像处理,结论表明,优化处理后的图像更加直观明显,提高了连续波成像的应用能力.揭示了 BWO 连续太赫兹波成像系统在无损检测和安检领域是实际有效的.     

基于面阵式探测器连续太赫兹波三维层析成像

太赫兹波层析成像技术是利用太赫兹波的穿透性对样品进行旋转投影数据采集,通过层析重建算法获得样品的二维横截面图,并实现样品的三维内部结构图的重构。本文介绍了基于面阵式探测器连续太赫兹波层析成像系统。该成像系统的优势在于利用了面阵式探测器记录二维投影数据,相比扫描层析成像系统,提高了投影采集速率。为了获得高精确度的二维投影数据,利用角谱衍射传播算法将二维投影图传播至样品后表面,实现抑制太赫兹波在物体外部衍射效应,最终利用滤波反投影算法重建出高保真的样品三维内部结构图,并进一步探索了基于面阵式探测器的连续太赫兹波层析成像技术在无损检测和安全检测上的可行性。     

太赫兹波近场成像综述

太赫兹波成像作为可见光和微波成像等的拓展,在半导体材料表征、生物组织诊断、无损检测和安检等领域表现出许多独特的优点,得到了越来越广泛的关注.传统太赫兹波成像受长波长对应的衍射极限的限制,分辨率较低.而太赫兹波近场成像是目前突破该限制,获得亚微米甚至是纳米量级高分辨图像的研究热点之一.首先介绍了近场机制与成像的基本原理;其次总结了太赫兹波近场成像的几种常用方法及其对应研究进展和当前存在的问题,包括孔径型、针尖型、亚波长太赫兹源型和微纳结构调控型等;最后探讨了该方向的发展趋势.     

太赫兹波传播过程中横模分布的成像

研究了焦点位置附近太赫兹波的横模分布,目的在于了解系统中太赫兹波的横向分布情况,为进行太赫兹光谱和成像实验提供依据。通过太赫兹波逐点扫描成像,对经常被用来放置测试样品位置附近的太赫兹波横模分布情况进行了定性的分析。利用“狭缝法"测量了太赫兹光束的束宽。结果表明,太赫兹波在焦点附近不同位置的横向分布有较大差异,在焦点处对应于最长波长1.5 mm的最小光斑直径约为1.0 mm,这说明太赫兹波的聚焦有一定的限度。实验确定了系统中放置样品的最佳位置,对开展太赫兹光谱和成像研究有参考价值。     

太赫兹成像技术在无损检测中的实验研究

太赫兹成像是一种新兴技术,为了将其应用在无损检测领域,提出了一种基于连续扫描的新型太赫兹成像系统.通过对隐藏的硬币和带小孔的金属板等样品进行检测,得到了清晰的图像.实验结果表明通过本成像系统可以对隐藏的金属样品进行鉴别,其空间分辨率低于0.5 mm.因而本系统可以成功地应用于无损检测.     

太赫兹无损检测在文物保护领域的研究进展

为更好地设计基于不同材料、不同制作工艺文物的最佳保护方案,文物保护科技人员首先需要选用最有效的无损检测方法对文物进行全面检测。太赫兹波具有光子能量低、对非金属和非极性物质有较强穿透性、可同时获得脉冲电场振幅和相位信息、较好的抗干扰能力等独特性质,使其在诸多无损检测方法中脱颖而出。本文系统综述了太赫兹技术在文物无损检测应用中的最新研究进展;阐述了不同类型文物材料的太赫兹光谱特征、太赫兹成像检测技术原理和特点;指出了太赫兹无损检测技术对不同类型文物进行无损检测的技术关键点,列举了太赫兹技术在文物科学领域最成功和最具代表性的应用实例。最后展望了太赫兹无损检测技术在文物保护领域的发展趋势。     

太赫兹(THz)成像的进展概况

评述了太赫兹射线成像的进展情况.太赫兹(THz)辐射介于微波和红外之间.与微波、X射线、核磁共振(NMR)成像相比,太赫兹成像不仅能给出物体的密度信息,而且能给出频率域的信息,以及在光频、微波和X射线范围内所不能给出的材料的转动、振动信息.太赫兹射线与其他频段的电磁波相比,它能量低,不会造成对生物样品的电离损伤,而且太赫兹射线很容易穿过介电材料,因而可以用于产品的安全监测.因此太赫兹成像技术在生物学、工业安全监测等方面有可能带来新的关键性的突破.     

采用CMOS太赫兹波探测器的成像系统

太赫兹波成像技术在生物医疗和安全检测等领域具有广阔的应用前景。针对新一代信息技术对便携式太赫兹波成像设备的需求，设计了基于CMOS太赫兹波探测器的成像系统。该系统包括一款CMOS太赫兹波探测器、片外模数转换器（ADC）、FPGA数字信号处理器、二位步进机、四个抛物面镜和太赫兹波辐射源等。CMOS太赫兹波探测器集成了片上贴片天线以及作为检波元件的NMOS晶体管，探测器由180 nm标准CMOS工艺制成。太赫兹波探测器的输出被片外模数转换器（ADC）采集并转换为数字信号，该数字信号被FPGA采集并传输到电脑上成像。所有上述元件均被装备在印刷线路板（PCB）上以减小系统体积。该系统实现了透射式太赫兹波扫描成像而无需斩波-锁相技术，并给出在860 GHz的太赫兹波照射下隐藏在信封内部金属的成像结果。     

太赫兹近场成像技术及进展

太赫兹(THz)波具有能量低、穿透性强、频带宽等特点,因而太赫兹成像技术在无损检测、生物医药、安全检测等众多领域得到了广泛应用,在实际应用中如何提高太赫兹成像的分辨力变得越来越重要。由于太赫兹近场成像技术可突破衍射极限,获得分辨力为亚微米甚至是纳米量级的高质量图像,基于近场技术的高分辨THz成像技术相继被提出,并得到了进一步的应用。本文首先阐述了太赫兹近场成像的基本原理;其次总结了近场成像进展及增强方法;最后对太赫兹近场成像的未来进行了展望。     

太赫兹图像的降噪和增强

太赫兹波由于其独特的性质而被用于对特定物体的无损检测和成像。提高成像质量成为影响太赫兹成像系统应用的关键。数字图像处理技术是改善图像质量的一条重要途径。基于太赫兹透射成像实验,研究讨论了运用空域滤波、高斯平滑、频域滤波和边缘检测等图像降噪和图像增强技术,有效克服成像系统的实验噪声、激光功率抖动等影响,并对图像降噪和增强方法的选择和处理效果做出了对比分析。结果显示,通过对图像降噪和图像增强技术的综合运用,可以大大提高太赫兹图像的清晰度和可辨识性。     

Real-time continuous-wave imaging with a 1.63THz OPTL and a pyroelectric camera

Real-time continuous-wave terahertz imaging is demonstrated with a 1.63 THz （184.31 lam） optically-pumped terahertz laser （OPTL） and a 124 × 124 element room-temperature pyroelectric camera. Transmission-mode THz imaging is presented for the samples hidden in various wrapping materials. These experimental results reveal the possibility to construct a simple real-time THz imaging system applied to nondestructive inspection.     

基于模糊局部信息C均值的太赫兹图像目标检测

为了克服返波管太赫兹连续波成像系统所获取图像存在的对比度低、干涉条纹强等缺陷,较好地区分出目标和背景,避开不规则干涉条纹的干扰,采用基于模糊局部信息C均值的聚类算法用于目标检测,并针对太赫兹图像性质,对其中的隶属度函数进行了改进。结果表明,新的聚类分割算法适用于具有不规则条纹干扰下的太赫兹连续波图像,能较好地提取出图像中的目标,较经典图像聚类算法具有更好的目标检测精度。     

Terahertz Transmission Imaging with 2.52 THz Continuous Wave

In this article, two terahertz transmission imaging systems are built with a 2.52 THz continuous wave laser and two types of sensors. One is array scanning system using a 124×124 pyro-electric array camera as the detector; the other is a point-wise scanning system utilizing a Golay cell as the detector. The imaging speed and quality is briefly analyzed. Terahertz （THz） imaging results demonstrate that the array scanning system has higher imaging speed with lower resolution. The point-wise scanning system has higher imaging quality with lower speed.     

Enhanced Continuous-Wave Terahertz Imaging with a Horn Antenna for Food Inspection

Continuous-wave (CW) terahertz (THz) imaging with a horn antenna is proposed to enhance the spatial resolution of a THz imaging system. The attached waveguide that is smaller than the wavelength can easily increase the spatial resolution, and the optimized horn flare can significantly increase the transmission power. Consequentially, transmission THz images of a phantom obtained by the amplitude signal using a 0.2 THz wave reveal that the spatial resolution is achieved up to 500 μm. Also, the transmitted power is increased up to 6 times higher compared to the pinhole aperture. The feasibility of CW THz imaging with a horn antenna is demonstrated by the inspection of the organic samples inside food resulting in a relatively high sensitivity for soft organic samples compared with the sensitivity of X-ray imaging to this kind of samples.     

实时太赫兹探测与成像技术新进展

图像获取速率和空间分辨率一直是面向应用型太赫兹成像所要解决的关键问题。针对这一问题,学者们基于合成孔径雷达(SAR)成像技术、电磁干涉与压缩感知(CS)等理论,提出了太赫兹合成孔径成像、太赫兹干涉成像和太赫兹压缩感知成像技术,它们在成像速度和空间分辨率等方面具有良好的发展潜力。综述了上述三种方法,总结概括其各自的技术优势以及新近的研究进展。展望了太赫兹成像技术在军事、公共安全领域以及无损探伤等领域的应用前景。     

猪肉组织的近场太赫兹成像检测研究

利用搭建的基于光电导微探针的近场太赫兹(Terahertz,THz)系统对新鲜猪肉组织切片进行了成像检测研究,结果发现近场THz成像可以很好地区分猪肉组织中的脂肪组织区域和肌肉组织区域,其成像效果明显优于传统远场THz时域光谱成像系统。研究表明了基于光电导微探针的近场THz成像技术在生物样品检测方面的可行性,展示出该技术在生物医学检测领域具有很好的应用前景。     

基于光学设计软件的太赫兹面阵成像系统性能分析

太赫兹成像是太赫兹技术的重要发展方向,其中具备实时成像能力的面阵成像系统引起了广泛的研究兴趣。在成像系统的设计中需要尽可能地减小能量损耗,由于离轴抛物面镜具有较小的能量损耗,且便于系统设计,因此在太赫兹成像系统的设计中常被用到。但离轴抛物面镜的引入会带来一定的畸变以及装调困难。利用光学设计软件ZEMAX,对一种具有离轴抛物面镜的太赫兹面阵成像系统进行了成像性能分析,特别研究了接收部分中离轴抛物面镜装调误差对成像质量的影响。仿真结果表明,理想情况下,系统分辨率约为0.5 mm且网格畸变只有0.069%;该系统容许光学接收部分的离轴抛物面镜最大倾斜角1.1°,最大偏心距6.5 mm。     

太赫兹波谱与成像

主要介绍太赫兹技术的两大基本应用领域:波谱技术与成像技术。总结了太赫兹波谱学中的时域光谱技术、时间分辨光谱技术和发射光谱技术以及相关的参数提取原理。介绍了太赫兹成像原理及相关的时域扫描成像、实时成像、层析成像、连续波成像和近场成像等太赫兹成像技术。列举了太赫兹光谱和成像技术在国家安全、生物研究、材料研究、无损检测等方面的应用。     

基于光子混频连续太赫兹波的厚度检测

为了将光子混频的连续太赫兹波透射成像系统应用于样品厚度检测中,采用该系统获得的相位信息对样品进行了2维厚度测量。利用两个外腔半导体结构的激光器搭建了基于光子混频的连续太赫兹波透射成像系统,并利用X-Y 2维电动平移台放置样品进行点点扫描成像。该系统可同时获得样品的幅度信息和相位信息,在太赫兹波辐射频率0.47THz时,系统信噪比可达68dB。计算得出的厚度值与实际样品的厚度值最大相差0.02mm;另外还分析了平行平面样品干涉效应和样品不同透射强度对厚度测量的影响。结果表明,样品折射率越高,平行平面干涉效应对厚度测量影响越大;样品透射系数越大,测量精度也越高。当样品太赫兹波透射系数大于0.5时,厚度测量精度优于2.0%。