太赫兹成像技术专题导读

太赫兹波是指频率在0.1到30太赫兹(THz)范围内的电磁波辐射,它在非极性物质中具有较好的透过性并具有较低的单光子能量,在生物医药检测、半导体特性表征、人体安全检查、无损探伤等众多科研和工业领域具有极强的应用价值。随着太赫兹源与探测器技术的发展,太赫兹成像技术逐渐成熟,并开始走向应用。本专题主要从方法和应用两个方面介绍太赫兹成像技术的发展及未来。     

等离子体中太赫兹波传输及成像探测特性研究

本文根据散射矩阵方法模拟等离子体并建立了非均匀等离子体理论模型,并在此基础上计算了0.1 THz^10 THz频段的全波段太赫兹波在其中的传输特性。根据介质阻挡放电原理在实验室环境下搭建等离子体射流产生装置并产生非均匀等离子体,进行了太赫兹时域光谱(THz-TDS)以及宽带太赫兹源在等离子体中的透射光谱测量以及太赫兹波对等离子体遮挡下目标物的反射成像的试验。理论和实验结果均表明,较高频太赫兹波在等离子体中有良好的穿透性,这为太赫兹波在黑障区的通信以及雷达探测应用打下研究基础。     

太赫兹成像技术在爆炸物检测中的应用

太赫兹波是一种电磁波,我们通常所说的太赫兹波的频率一般在0.1到10T赫兹之间。太赫兹波兼有微波和红外线的特点,在测量领域具有很广泛的应用。本论文简要介绍了太赫兹波的特性以及测量原理,同时指出其在爆炸物检测中的应用。     

太赫兹技术在水泥基材料研究中的应用

本文介绍了太赫兹波的特性以及太赫兹技术的工作原理及其应用,重点介绍了太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术在水泥水化过程、水泥基材料的微观结构检测和水泥基材料耐久性能三方面的研究进展.利用太赫兹光谱技术可跟踪硅酸三钙、硅酸二钙以及主要水化产物水化硅酸钙、氢氧化钙在水化过程中的变化情况;利用水分对太赫兹波强烈吸收的特性,能够...     

太赫兹超材料及其成像应用研究进展

电磁超材料因具有特殊的物理性质以及在电磁波操控方面的重要应用而备受关注。本文综述了太赫兹超材料及其成像应用的研究进展:首先介绍了太赫兹超材料的研究概况,重点讨论了可调谐与可重构太赫兹超材料、太赫兹数字编码与现场可编程超材料的研究进展;在此基础上,阐述了太赫兹超材料在成像领域的应用,包括基于超表面透镜、超材料吸波器、可重构超表面和现场可编程超表面的太赫兹成像技术;最后讨论了太赫兹超材料及其成像应用发展趋势。功能可重构及智能化将是太赫兹超材料的重要发展方向,而新兴的信息超材料融合了超材料与信息技术也将使太赫兹成像更加高效便捷。     

太赫兹医学成像研究进展

太赫兹波所具有的无损性以及大量生物分子在太赫兹频段的指纹特性,使其在医学成像领域有着良好的应用前景。本文首先简要概述了太赫兹的医学成像技术手段,其次分别介绍了太赫兹在离体、活体组织中成像的研究现状。生物组织中的水会对太赫兹波产生强吸收,使得成像对比度受限。目前,为了减少组织中的水对成像的影响,针对离体组织的太赫兹成像大多需要进行切片、脱水等预处理,活体中的成像则主要应用在浅表组织。文章重点介绍了活体成像中有望提高太赫兹成像对比度的纳米粒子造影剂,最后对太赫兹医学成像的发展进行了展望。     

太赫兹波计算鬼成像:原理和展望

本文立足于太赫兹波成像领域近年来备受关注的研究热点—太赫兹波计算鬼成像,首先回顾了鬼成像从量子到经典再到计算的历史过程,然后阐述了计算鬼成像的数学原理,随后综述了计算鬼成像在太赫兹波段的发展历程,及其在超衍射分辨成像、石墨烯光电导成像、太赫兹光谱成像等方面的应用,并在最后展望了太赫兹波计算鬼成像的发展前景:计算鬼成像作为一种成像手段,可以绕开在太赫兹频段缺乏经济高效的焦面阵列式探测器的难题,但目前的成像帧率还难以满足快速成像的应用需求,相信在未来随着器件性能的提升和成像算法的优化,其成像帧率可以得到大幅提升。     

太赫兹量子级联激光器功率达到1W

正近日国外网媒报道,奥地利维也纳技术大学的一组研究人员制造出一种新型量子级联激光器,成功输出了1W的太赫兹辐射,打破了此前由美国麻省理工学院所保持的0.25W的世界纪录,成为目前世界上功率最大的太赫兹量子级联激光器。太赫兹射线是波长介于微波与红外之间的一种电磁辐射,由于物质的太赫兹光谱(包括透射谱和反射谱)包含非常丰富的物理和化学信息,太赫兹技术被认为会对通信、遥感、天文、反恐、医学成像以及生     

太赫兹成像技术在肿瘤检测中的应用

太赫兹(THz)波是频率位于0.1 THz^10 THz的电磁波。因其具有非电离性,以及可与多数生物分子产生共振响应等特性,在生物医学领域有着巨大应用潜力,尤其在肿瘤检测方面。太赫兹成像技术作为生物医学领域一种新的成像技术,吸引国内外多个研究小组对其开展深入研究。本文列举分析了多种太赫兹成像技术在肿瘤检测的应用,其中可分为太赫兹扫描成像、太赫兹层析成像、太赫兹全息成像以及太赫兹近场成像,介绍了这些成像方式的基本原理以及国内外研究现状,最后对太赫兹成像技术在生物领域的未来做出展望。     

基于喷射效应的太赫兹高分辨成像研究与进展

太赫兹(THz)成像技术,因其具有能量低、透射率高、波谱范围宽等独特的分析能力,已经在生物医学、安全检查、航空航天等领域展现出巨大的优势及潜在的应用价值,但是较低的空间分辨率制约了太赫兹成像技术的进一步应用。太赫兹波通过具有适当折射率的介质结构产生的“太喷射”效应调控亚波长尺寸太赫兹光场,突破衍射极限对显微系统空间分辨率的限制,同时不损失光场能量和光谱信息,实现高通量、超宽谱的远场太赫兹高分辨成像。本文首先介绍基于纳米喷射的微球透镜显微技术,接着介绍基于太喷射的太赫兹显微技术,最后对基于喷射效应的太赫兹高分辨成像技术的前景做了展望。     

太赫兹技术在医学科学中的应用及研究进展

近年来太赫兹光(0.1 THz~10 THz)因其良好的探测能力和非电离特性受到研究者们的关注。根据不同的检测方式和信号处理方法,可分为太赫兹成像技术和太赫兹光谱技术两大类。太赫兹技术在医学科学中发展迅速,其中生物大分子检测和组织成像令人印象深刻。水含量和结构差异是太赫兹成像技术的理论基础,据此可对生物组织进行检测识别。不同的生物组织具有不同的太赫兹特征谱,太赫兹光谱技术通过检测吸收系数、折射系数和反射系数来识别不同的生物分子、细胞或组织。实时、无标记的检测方式有望在临床实践中发挥重要作用,但仍需克服生物安全性不明等困难。综述介绍了太赫兹技术在医学科学中的应用及研究进展,同时探讨了太赫兹技术目前需要克服的难题和潜在的生物安全性问题。

     

连续太赫兹波数字全息相衬成像

太赫兹波具有独特的低能性、高穿透性、惧水性等成像特性,将其应用于相衬成像能够反映物体的内部结构和更加丰富全面的生物信息,在生物医学检测等领域具有重要的应用。其中,太赫兹波数字全息成像是一种可以给出定量的振幅和相位信息的非接触、全场相衬成像方法,是太赫兹成像技术领域的重要研究方向之一。本文基于连续太赫兹源,从离轴式和同轴式数字全息成像的相衬成像原理、光路系统和再现算法多个方面,介绍了相关技术的研究现状,分析了太赫兹源、再现算法等因素对成像分辨率的影响,并对太赫兹数字全息的发展趋势进行了展望。     

从太赫兹成像到太赫兹无线通信（英文）OA

太赫兹（THz）技术可能是公众最熟悉的一种强大的成像工具,因为该技术已经被应用于安全工作和医疗扫描,生成了许多令人印象深刻的图像,而这些图像是使用其他技术无法获得的。随着5G移动网络的推出,对6G无线通信的研究正在升温。据设想,太赫兹技术将被用于6G和未来的无线通信。在本文中,回顾了太赫兹技术是如何被用于成像和无线通信的,确定了该领域的最先进的发展,然后检查和比较这两种应用中的常见设备和问题。本文考虑了整合太赫兹成像/感应和无线通信的可能性,提出并讨论了挑战和未来的前景。事实表明,太赫兹技术确实是未来成像和无线通信的一项关键技术。     

SiC和Si_3N_4粉体的太赫兹时域光谱研究

采用太赫兹时域光谱装置测试SiC和Si3N4粉体在0.4～2.4 THz的透射光谱,研究SiC和Si3N4粉体对太赫兹波的吸收性能与其电导率的关系,分析SiC和Si3N4粉体对太赫兹波的散射特性。结果表明,SiC是一种半导体材料,其内部含有较多可以自由移动的载流子,对太赫兹波的吸收较强;Si3N4是绝缘性很好的材料,对太赫兹波的吸收很小;SiC和Si3N4粉体对太赫兹波的散射作用属于瑞利散射,但是测试波长比粉体粒径大得多,散射效果不明显。     

太赫兹时域光谱测量薄膜液体的测量极限

由于太赫兹波和薄膜样品的相互作用长度太短,其引起的测量信号相对于参考信号的改变很可能被系统噪声所掩盖。为了解决太赫兹时域光谱测量液体薄膜样品的测量准确性和可靠性评价问题,该文利用不确定度分析理论,从幅值变化和相位变化推导太赫兹测量薄膜液体样品有可信结果的样品厚度临界值模型,从而确定保证测量结果可靠性的临界判据,也就是能够被太赫兹透射式系统探测到的最小薄膜厚度。分析中考虑了在样品-载体交界面的菲涅尔透射、样品中的FabryPérot反射以及在太赫兹波在薄膜样品中的透射影响。该判据可以用来确定一个太赫兹系统的性能是否足够可靠地测量特定厚度的薄膜液体样品。     

硅太赫兹波导配置及性能分析

针对现有太赫兹辐射源在输出频率可调性及输出功率方面的局限性。本文从非线性介质的Maxwell方程入手对非线性聚合物的光学性质进行理论分析,建立硅波导配置的数学模型。利用硅材料的高折射率,设计了硅太赫兹波导。分析了太赫兹波导模式图,讨论了硅太赫兹波导模式的有效折射率、波导损耗、连续波输出功率与输出频率的关系,实验结果表明:硅太赫兹波导产生的太赫兹波连续可调,输出太赫兹波频率范围宽至0.1THz到15THz,输出功率可达到微瓦级。     

石墨烯场效应管及其在太赫兹技术中的应用

石墨烯是单原子厚度的二维碳同素异形体材料,因其出色的电学、热学、光学及力学特性而被广泛应用于生物检测、医学、新能源、微电子、射频电路等领域。正是凭借着石墨烯独一无二的材料特性,石墨烯基场效应管(GFETs)比传统的硅基晶体管具有更高的迁移率、微缩空间及特征频率。此外,石墨烯零带隙的对称圆锥形能带结构,以及在受外部激发下形成的负电导率特性(太赫兹频段),使得GFETs能广泛应用于太赫兹功能器件中,也为实现太赫兹技术商业化提供了一种兼容当前半导体产业技术的低成本选择。针对硅基晶体管发展面临的尺度瓶颈,本文综述了GFETs器件的基本结构、射频/太赫兹领域的主要特性以及制备工艺,并举例说明了其在太赫兹技术领域的最新应用。     

硅材料的太赫兹波频域特性分析

对不同电阻率的N型硅材料(电阻率从5~100Ω.cm)在太赫兹波波段的折射率、消光系数和吸收系数等特性参数,利用返波振荡器(BWO)太赫兹波系统进行了测试、计算和分析,得到N型硅在0.23 THz到0.375 THz频段范围内的光学特性.表明在这一波段N型硅的太赫兹波吸收系数随着电阻率的增加而减小,吸收系数最小值可达到3.39×10-4cm-1.分析表明,它将是潜在的太赫兹波波导的最佳候选材料.     

太赫兹光场数据采集与数字重聚焦实验研究

本文对太赫兹光场数据采集与数字重聚焦成像进行实验研究。太赫兹成像因其穿透性、无损性等优点,近年来备受国内外研究者关注。太赫兹波段的光场成像技术有望增强图像质量、改善应用效果。本文在分析光场成像基本原理、系统结构、重建方法的基础上,应用太赫兹焦平面阵列相机进行太赫兹光场数据采集和数字重聚焦实验。首先采集太赫兹光场原始数据,然后通过数字重聚焦进行计算成像,最后对重构图像做增强处理,得到了深度、角度及目标物轮廓分辨力强的太赫兹图像。实验证明了太赫兹光场成像技术的可行性及其改善图像质量、丰富复现效果的能力。     

基于太赫兹成像的输送带撕裂检测与分类识别研究

针对现有输送带撕裂检测方法存在灵敏度和安全性能低,且无法消除复杂工作环境带来的影响等问题,提出了一种基于太赫兹成像技术的输送带撕裂检测方法。设计并搭建了连续波太赫兹反射式成像系统,采集输送带撕裂的太赫兹图像;对原始图像进行滤波等处理获得低噪声太赫兹图像;最后搭建了基于机器学习太赫兹图像自动分类识别系统,该系统通过提取太赫兹图像的灰度直方图统计特征和几何特征,构建太赫兹图像特征库,并利用特征选择去除特征冗余,最终结合分类器实现对输送带撕裂种类的自动分类与识别。结果表明：通过太赫兹反射式成像系统对输送带进行成像实验,验证了太赫兹波成像技术检测输送带撕裂的可行性;太赫兹图像自动分类识别系统实现了对输送带3种撕裂种类的自动分类与识别,在组合特征下,使用支持向量机（Support Vector Machine, SVM）的分类准确率可达91.6%。