脉冲太赫兹波成像与连续波太赫兹成像特性的比较

对脉冲太赫兹(THz)波成像和连续波太赫兹成像进行了对比研究.在两个系统下分别进行实验,对两个成像系统的成像机理、系统分辨率、系统噪声、成像速度、信息量、价格、复杂性、便携性及其应用进行多方面的比较.研究结果表明,脉冲系统可以获取更多信息,连续波系统简单便捷,两者在应用上具有各自的特点,同时又有很好的互补性.另外,就脉冲太赫兹波成像的多波长特点,探讨了太赫兹波多光谱成像识别方法.     

太赫兹自由电子激光器的成像原理及进展

主要介绍了几种自由电子激光器进行太赫兹成像的原理和方法,并给出了俄罗斯和韩国等研究人员最近一两年的实验结果。指出现在太赫兹成像正向三维成像的方向发展。     

连续波太赫兹成像系统的单幅图像超分辨重建

针对现有的太赫兹成像系统所需硬件设备复杂且昂贵的问题,设计了基于单幅图像超分辨重建的连续波太赫兹成像系统,降低设备复杂度和硬件成本。通过对该成像系统生成的太赫兹图像进行双维度预处理,降低图像处理的占用内存,提高后续处理速度。引入限制对比度自适应直方图均衡方法对太赫兹图像进行分区域对比度提升,有效解决太赫兹图像对比度低的问题。利用稀疏表示和字典学习实现太赫兹图像的超分辨重建,提出了反余割拟牛顿平滑零范数的算法解决零范数优化问题,提高了重建精度。通过对该成像系统采集的单幅太赫兹图像进行超分辨重建,在边缘强度上提高了3.232,在平均梯度对比中提高了0.300,验证了对单幅太赫兹图像超分辨重建的有效性与优越性。     

太赫兹量子级联激光器

太赫兹技术近年来发展迅速,应用越来越广泛,是当前的热门研究领域。太赫兹量子级联激光器是产生太赫兹辐射的重要器件,对太赫兹量子级联激光器的发展,以及有源区和波导层的设计等进行了详细讨论。     

太赫兹成像系统的分析与控制

太赫兹波能穿透许多物质,相对于可见光和X射线,其具有非常强的互补特征;它的光子能量极低,且没有X射线的电离性质,因此太赫兹成像技术的应用前景非常广阔。在太赫兹成像系统中,系统参数的合理选择,软件部分的合适控制,对系统的成像结果有着至关重要的作用。从调试过程中得到的图像来看,不合适的处理如斩波器、锁相放大器参数选择不当等,将会导致两行之间错位、信噪比不高,以至于图像失真,甚至无法辨认。对出现这种错位现象的原因进行了研究,在硬件参数选择和软件两个层次,对导致该现象的系统偏差进行控制、补偿和消除,最后给出成像结果。扫描成像结果表明,搭建了稳定合适的光路,选择了适当的仪器参数,在软件上控制了偏差,通过实验和测试,系统达到了较好的成像效果。     

二极管激光器探测太赫兹辐射

中科院知识创新丁程重要方向项目“氮化镓基激光器（KGCX2-SW-115）”于2007年11月26日通过专家验收。 氮化镓基半导体材料是继硅和砷化镓基材料后的新一代半导体材料，被称为第3代半导体材料，它具有宽带隙、优异的物理性能和化学性能，在光电子领域具有广泛的应用前景和研究价值。用氮化镓基半导体材料研制成的氮化镓基激光器在国防安全领域和光信息存储、激光全色显示、激光打印、大气环境检测、水下通信、双色激光探测等领域具有重要的应用价值。     

太赫兹连续波DCN激光器的实验研究

介绍了运行在1.54THz(195μm)和1.58THz(190μm)的波导型辉光放电激励的大功率连续波DCN激光器的开发和研制工作.该激光器的谐振腔长3.4m,放电长度3m,谐振腔由耐热玻璃制成,直径54mm.谐振腔一端为平面反射镜,一端为金属栅网.工作气体为N2,CD4和He(或D2)的混合气体,在1.54THz的连续激光输出功率大于0.2W.实验中对放电电流、激光管温度、气压等参数进行了优化,研究了EH11模DCN激光在自由空间的传输特性.研究表明,利用新的N2,CD4和D2混合气体的太赫兹DCN激光器可以得到稳定连续的高功率放电.光束传输远场满足高斯分布(z>4m),对各种参数进行优化后,190μm和195μm窗口处输出EH11模功率分别为0.15W和0.16W,可以满足超导托卡马克连续运行的干涉测量的需要.     

太赫兹被动成像系统性能研究

太赫兹被动成像技术具有很多独特的优势,已经成为安全检查领域的重要研究方向。为了进一步提高太赫兹被动成像系统的成像性能和实用性,研究了实验室自研的一套基于光机扫描的太赫兹被动成像系统的性能。通过探索不同系统参数和实验条件,包括成像距离、成像速度以及探测器状态,对背景噪声以及分辨率等图像性能的影响,获得了系统优化的性能参数,同时探究了该系统探测人体隐藏物品的能力,说明该系统可以有效地对人体进行安全检查。实验结果表明:该太赫兹被动成像系统的成像距离在机器前面1.5~2.5 m的范围内,即在大约1 m的景深内,能够显示清晰的太赫兹图像;该系统的成像速度为每帧1~2 s;探测器工作电平和增益对图像清晰度和系统噪声有较大的影响,存在一个优化的探测器工作状态,在该条件下可以获得清晰的太赫兹图像。在各项参数优化的条件下,该太赫兹成像系统可以达到的目标分辨率为1.5~2 cm,能够清晰地探测隐藏在人体衣服之下的金属物品和对太赫兹波有较强吸收的物质。     

太赫兹技术及其应用研究的进展

过去十年来,太赫兹技术理论研究的蓬勃发展带动了太赫兹波应用领域的迅速扩大。本文概述了太赫兹波的产生、探测技术等基础研究的现状,重点介绍了近年来太赫兹波在物体成像、环境监测、军事和通信、医学和生物及其它几个应用领域的研究进展和最新研究成果。     

太赫兹二维成像技术研究进展

太赫兹成像技术在人体安检、无损探伤、质量监控、生物医学、半导体特性表征等许多领域展现出广泛的应用前景。本文综述了各类太赫兹二维成像技术,包括太赫兹扫描成像、太赫兹单像素成像、电光调制太赫兹成像、太赫兹相机直接成像等技术,综述各类成像技术的研究背景,分析了具体的成像方法和成像结果,总结了不同太赫兹成像技术的优缺点并对今后太赫兹成像技术的发展趋势做出展望。     

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%。     

THz波连续波透射式逐点扫描快速成像实验研究

利用CO₂激光抽运太赫兹(THz)激光器,搭建了TH z连续波透射式快速扫描成像系 统。将样品置于平移台上,利用透镜将THz光束聚焦于样品表面,通过计算机控制平台 连续移动与信号实 时采集,大大缩短了成像时间,通过计算机重构获得扫描图像。从扫描速度,成像分辨率的 角度出发,对 连续THz扫描成像系统进行优化研究。实验对1cm×1cm的样品,用0.25mm步 长进行扫描成像,得到 最短成像时间仅需3min,在输出频率为4.3THz时,图像最高分辨率达到0.1mm。对刀片与树叶进行扫描 成像,分析并比较了衍射极限对成像质量的影响。结果表明,在选用高频率输出光源和扫描 平台小步长移动情况下可以获得更好的成像质量。     

小鼠在体皮下乳腺癌的太赫兹波成像检测研究

乳腺癌是女性常见癌症之一,乳腺癌区域的精准检测对乳腺癌的治疗有至关重要的作用。本文采用频率为2.52THz的连续太赫兹波反射式成像系统,对小鼠在体皮下乳腺癌模型进行了太赫兹波成像检测。研究结果表明,太赫兹波成像可以清晰识别出乳腺癌区域,且与肉眼可见肿瘤区域一致。在体乳腺癌区域的太赫兹波相对反射率高于正常组织,两者相对反射率差值高达15%。进一步,对距离皮肤表面不同深度的离体乳腺癌组织进行切片和苏木精-伊红(H&E)染色,作为金标准对照。结果发现乳腺癌区域的面积随着距离皮肤表面深度的增加而增大。通过将太赫兹波成像与H&E染色结果对比可知,在距离皮肤表面约460μm处,太赫兹波图像和H&E染色图中的肿瘤区域面积相等。由此可知,太赫兹波对在体皮下乳腺癌的探测深度大约在460μm左右,太赫兹波有望实现深部肿瘤的检测。     

基于飞秒激光成丝的太赫兹成像

太赫兹成像作为太赫兹应用的关键技术之一,在安检、无损检测等方面有着广阔的前景。本文采用飞秒激光成丝产生太赫兹波,对掩膜板扫描成像,实现了约100 μm成像分辨率(峰值频率0.51 THz);研究了等离子体丝不同截断位置对太赫兹波产生的影响;通过特征提取,对比了不同时域、频域特征分析下的成像结果。结果显示:积分能量成像方法可以实现最优的成像效果。     

被动毫米波太赫兹人体成像关键技术进展

通过分析被动毫米波太赫兹成像检测人体携带物品的基本原理,讨论了被动毫米波太赫兹成像应用于人体安检领域的优势,并分析了成像系统最佳的工作频率和最适宜的工作环境温度。从分析影响成像质量的各项关键技术的角度对被动毫米波太赫兹人体安检成像的进展进行了介绍。重点分析了基于准光学成像原理的光学系统和扫描机构,被动毫米波太赫兹人体成像中最常用的肖特基二极管探测和超导两种探测方法,以及被动毫米波太赫兹图像的处理及目标智能识别。最后,对未来毫米波太赫兹人体成像技术在安全检查领域的应用前景和未来发展方向提出个人观点。     

金属波导连续光泵气体太赫兹激光器

针对紧凑型光泵气体太赫兹激光器(OPTL)技术,设计并研制了全金属波导结构的气体太赫兹(THz)激光器原理样机.THz激光器工作介质为CH_3OH气体,最佳工作气压30 Pa,在波长9.69μm、连续功率44 W的9P(36)支CO_2激光泵浦下,实验测得在2.52 THz频点输出功率150 m W,光子转换效率为8.4%.研究THz激光输出功率与CH_3OH工作气压、泵浦光功率的关系、以及THz激光输出稳定性,并通过压电陶瓷对THz激光腔长进行精密调节,同时测量输出功率的变化情况,讨论了金属波导THz激光器的纵模特性.实验工作与结果为下一步紧凑型折叠波导腔全金属OPTL的研制提供了参考.     

基于经验小波系数模态分解的太赫兹成像纵向分辨增强

为了提高太赫兹成像探测的纵向分辨率,提出了一种基于连续小波的经验模态分解的纵向分辨率增强新方法。首先先对样品的频域信号进行连续小波变换处理,获得其相对应的连续小波变换系数;然后对获得的连续小波系数进行经验模态分解,将其自适应地分解为一系列的本征模式函数和一个残差信号,并提取其中第一阶本征模式函数为成像参数进行三维重构,获得最终的三维本征模函数图像,以此来提高太赫兹检测图像的纵向分辨率。为验证方法的有效性,采用150 ～220 GHz高频太赫兹调频雷达成像系统分别对两种含内部脱胶缺陷的夹层结构复合材料进行成像检测并利用提出的方法进行处理,得到了纵向分辨率被有效增强,清晰度被有效提高的检测结果图像,这为未来的太赫兹计算机断层扫描成像和太赫兹无损检测应用研究提供了新的思路。     

调频连续波激光调制方法研究

调频连续波(FMCW)激光调制电路是FMCW激光探测系统的重要组成部分。对FMCW激光调制方法进行研究,设计并实现由线性调频信号产生电路和半导体激光器驱动电路组成的激光调制电路,并给出相应的实验结果。其中线性调频信号产生电路采用基于直接数字频率合成技术的集成芯片AD9958进行设计,产生10~110 MHz的锯齿波线性调频信号;半导体激光器驱动电路采用直接电流调制方式,利用线性调频信号对激光载波的强度进行调制,激励激光器出光。测试结果表明:调频连续波激光调制电路能够满足调制频偏100 MHz、调频周期100 s的设计要求。     

连续波THz-CT在医学成像中的应用研究

太赫兹已经被用于对三维物体进行计算机辅助层析成像,但具有很高的折射损耗。设计了基于耿氏二极管和返波振荡器的连续波断层成像实验装置,对聚四氟乙烯模型进行扫描获得投影数据,然后利用滤波反投影算法对投影数据进行重建得到断面图像,用于研究折射对投影及图像的影响。最后对人体牙齿样本进行扫描和重建,探讨THz-CT在医学成像特别是牙齿等骨骼成像中应用的可行性和前景。