肝脏和肺组织的太赫兹光谱成像

与红外辐射、X射线、核磁共振、超声波等传统医疗诊断技术相比,太赫兹技术具有能量低、空间分辨力高和带宽宽等独特分析能力,成为人体成像或人体组织癌症诊断技术的补充技术。分别对肝脏和肺的正常组织与肿瘤组织做了太赫兹光谱检测与太赫兹成像研究,通过肝脏的光谱检测与成像实验总结出相关经验,使得肺癌组织太赫兹成像得到了明显的效果,并且发现肺癌肿瘤组织在1.0 THz~1.75 THz频率范围内的太赫兹成像能够明显区分出正常组织与肿瘤组织,且频率越高,成像分辨力越高。     

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。     

超宽带太赫兹调频连续波成像技术

太赫兹调频连续波成像技术具有高功率、小型化、低成本、三维成像等特点,在太赫兹无损检测领域受到了广泛关注。然而由于微波及太赫兹器件限制,太赫兹信号带宽难以做大,从而制约了成像的距离向分辨力。虽然高载频可实现较大宽带,但伴随的低穿透性和低功率会限制太赫兹调频连续波成像系统的应用场景。因此,聚焦于太赫兹波无损检测领域,提出一种时分频分复用的114～500 GHz超宽带太赫兹信号的产生方式,基于多频段共孔径准光设计,实现超带宽信号的共孔径,频率可扩展至1.1 THz。提出一种频段融合算法,实现了超宽带信号的有效融合,距离分辨力提升至460μm,通过人工设计的多层复合材料验证了系统及算法的有效性,并得到封装集成电路(IC)芯片的高分辨三维成像结果。     

基于半导体光子学器件的太赫兹成像技术研究进展

太赫兹(THz)成像是THz技术应用的重要方向之一。基于THz量子级联激光器(QCL)和THz量子阱探测器(QWP)等半导体光子学器件的THz成像系统具有结构紧凑、空间分辨率高、成像信噪比较高等优点,已成为当前研究的热点领域。对国内外关于THz QCL和THz QWP器件在远场和近场成像应用方面的研究进行了系统综述,分析了THz成像系统的构成和成像效果,总结了各THz成像系统的性能参数情况,并探讨了THz成像系统性能提升的途径及其应用前景。     

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。     

太赫兹成像技术用于皮肤烧伤检测的研究进展

随着太赫兹(0.1~10 THz)光谱技术的快速发展,太赫兹成像开始应用于生物医学等领域,尤其是应用于皮肤烧伤检测中,但如何将这一技术从实验室研究转向实际临床检测还面临着巨大挑战。太赫兹技术在皮肤烧伤程度评估领域已经得到了较为深入的研究,包括成像系统、离体实验和活体实验研究等,得到了较为清晰的太赫兹图像。首先概述了皮肤烧伤程度分类方法和现有诊断方法,然后介绍太赫兹成像应用于皮肤烧伤评估的研究进展,本文重点从成像系统、检测结果和烧伤程度评估方法三个方面进一步说明了其研究进展和不足,最后提出了面向皮肤烧伤临床检测的太赫兹成像发展趋势和需要解决的问题。     

高时空分辨太赫兹扫描隧道显微镜近场成像发展

太赫兹（THz）近场成像是突破光学衍射极限实现太赫兹超分辨成像的重要方法，对研究材料表面的超快动力学过程具有重要的意义。扫描隧道显微镜（STM）是一种能实现原子级分辨的设备，但引入时间尺度，面临诸多困难。早期从STM固有电学方法发展的时间分辨方法的分辨率受限于电信号传输带宽，基于光信号耦合的泵浦探测方法则面临微带线传输带宽和严重的热效应等限制。在此背景下，THz-STM以低热效应、高隧穿效率、高稳定性等独有的优势为实现100 fs量级和0.1 nm级超高时空分辨成像提供了解决方案，成为太赫兹近场超分辨成像的研究热点。介绍时间分辨STM到THz-STM的发展历史，着重介绍THz-STM的基本原理和现状，为了解THz-STM技术在太赫兹近场超分辨成像中的应用和发展提供了思路。     

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.     

150 μW小型化超短脉冲太赫兹辐射源

超短脉冲太赫兹(THz)辐射源在太赫兹波技术领域一直占有重要地位.随着太赫兹波技术在物理、化学、生物医学、成像、传感以及毒品检测等众多科研和技术领域应用的深入,对高效、高功率、小型化超短脉冲太赫兹辐射源的研究已逐步成为研究热点.     

GPU 加速条件下基于相位补偿反投影算法的太赫兹 ISAR 成像

介绍了0.22 THz步进频率雷达系统及二维高分辨率ISAR成像方法。该雷达系统的合成带宽为12GHz,可以同时实现近场及远场成像。在近场条件下,该系统在距离向和方位向实现二维高精度成像,通过相位补偿反投影算法,太赫兹ISAR图像的分辨率可以达到厘米量级。研究结果表明,采用同样的太赫兹频率步进雷达系统,基于反投影算法的太赫兹ISAR成像可以实现更高的精度和更精细的分辨率。为了加速成像过程,采用了GPU的加速平台,该方法为进一步开展近场高分辨率雷达成像,特别是太赫兹波段雷达成像提供了研究基础。     

太赫兹超分辨率成像评述I:非实时成像

作为太赫兹波最重要的应用之一,太赫兹成像技术在生物医疗、安防安检、无损检测和质量监控等方面都具有非常重要的应用前景。由于受衍射极限的限制,传统太赫兹成像技术的分辨率只能达到工作波长级别,还无法满足很多应用的需求。本文对几种非实时的太赫兹超分辨率成像手段进行了介绍,包括近场扫描显微成像、基于空间调制器的单探测器成像、基于时间反转的成像和基于空间频谱采样的成像,并对每一种成像手段的原理、发展过程及其优缺点进行了综述和讨论,最后对非实时太赫兹超分辨率成像的发展进行了展望。     

基于太赫兹技术的复合材料无损检测研究综述

随着高性能复合材料在航空航天和军事等高新领域的广泛应用,对其质量和性能检查的要求愈加引起重视,如何通过各种方法对复合材料进行无损检测成为近年来研究人员关注的热点和研究方向。太赫兹波量子能量低,对大多数非极性物质透明,因此使用太赫兹技术对复合材料进行无损检测有着独特的应用优势。本文基于太赫兹技术的特点,对太赫兹时域光谱和太赫兹成像技术的无损检测分别进行了详细的论述,并总结了目前复合材料的太赫兹无损检测技术发展趋势,最后对其发展前景进行了展望。     

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。     

Terahertz Imaging System for Medical Applications and Related High Efficiency Terahertz Devices

A terahertz (THz) imaging system and high efficient terahertz sources and detectors for medical applications were developed. A fiber laser based compact time domain terahertz tomography system was developed with a high depth resolution of less than 20 μm. Three-dimensional images of porcine skin were obtained including some physical properties such as applied skin creams. The discrimination between healthy human tissue and tumor tissue has been achieved using reflection spectra. To improve the THz imaging system, a ridge waveguide LiNbO₃ based nonlinear terahertz generator was studied to achieve high output power. A ridge waveguide with 5-7 μm width was designed for high efficiency emission from the LiNbO₃ crystal by the electro-optic Cherenkov effect. Terahertz electronic sources and detectors were also realized for future imaging systems. As electronic source devices, resonant tunneling diode (RTD) oscillators with a patch antenna were fabricated using an InGaAs/InAlAs/AlAs triple barrier structure. On the other side, Schottky barrier diode (SBD) detectors with a log-periodic antenna were fabricated by thin-film technology on a Si substrate. Both devices operate above 1 THz at room temperature. This electronic THz device set could provide a future high performance imaging system.     

太赫兹近场通信信道特性研究综述

为满足不断提高的数据传输需求,未来的通信技术会向更高的载波频率发展,基于太赫兹频段的通信可实现高稳定性和高数据速率通信。本文综述了太赫兹近场信道特性及信道建模的研究进展,介绍了太赫兹频段下对近场信道分析的必要性,对比了远近场信道的区别;针对太赫兹近场通信信道,介绍了球面波前建模与基于电磁波理论的模型;结合信道建模技术与近场信道特点,介绍了可用于近场信道建模的方法论;最后对太赫兹近场信道特性研究进行了总结并对未来发展方向进行了展望。