反射式太赫兹返波振荡器成像系统及其应用

实现了基于返波管源的太赫兹波反射式成像系统.这是一种新型的无损探伤成像方式.从样品表面或者基底反射回来的太赫兹波被焦热电探测器收集,最后经过计算机处理成像.频率为0.7THz的成像系统被用来对一系列样品进行无损检测,如硬币、徽章、模型飞机以及预埋了人工缺陷的工业样品.结果表明,很多工业材料相对于太赫兹波都是透明的,尤其是一些在航空航天技术中具有广泛应用价值的吸收微波的材料.     

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。     

隔热板的太赫兹无损检测

为了研究太赫兹无损检测技术对复合材料与金属板黏合面粘接质量的检测能力,在隔热板上制造了不同特征的人工缺陷,并使用德国SynViewScan 300连续太赫兹波成像系统对样件进行了检测。结果表明,太赫兹波能够穿透复合材料,并获得复合材料与金属板的黏合面处的2维太赫兹图像,从图像中能够清晰地分辨出不同特征的缺陷。该研究结果为检测复合材料黏合质量及脱黏状况提供了有效的办法。     

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.     

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。     

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。     

基于太赫兹偏振成像的砗磲材料检测

太赫兹波由于其所在波谱位置的特殊性,具有穿透性高,能量低,对极性分子敏感,对非金属非极性材料友好等特性,在无损检测、安全监测方面具有独特优势。利用太赫兹时域光谱成像系统,通过改变入射与探测光的偏振方向,对包含槽型缺陷的砗磲样品进行不同偏振方向的成像实验。由于砗磲材料本身透过率不高,色散较大,传统的直接成像结果无法分辨,难以达到预期效果。通过引入琼斯矢量和琼斯矩阵概念,对偏振成像结果再处理,可进一步提高成像效果。结果表明,此方法对所含缺陷的边缘信息十分灵敏,可以有效地提高砗磲材料成像结果的分辨力。     

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。     

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%。     

连续太赫兹波同轴数字全息相衬成像

太赫兹同轴数字全息成像是基于太赫兹波干涉记录的一种新型成像技术,具有光源相干性要求低、光路结构简单、成像分辨率高、实时定量获取物光波复振幅信息等特点,非常适用于太赫兹波段成像。搭建了一套连续太赫兹波同轴数字全息成像装置,通过全息图预处理和相位恢复算法,获取了样品的振幅和相衬图像,有效抑制了共轭像,并进一步探索了太赫兹同轴数字全息技术在生物医学检测上的可行性。     

基于超辐射机理相对论返波管的实验研究进展

基于超辐射机理相对论返波管由短脉冲电子束(脉宽几个纳秒)驱动,利用短脉冲电子束的超辐射效应能产生高峰值功率、高峰值转换效率、快速上升前沿的纳秒/亚纳秒微波脉冲。本文对近几年来国内外超辐射返波管器件实验研究进行了全面的评述,报道了超辐射返波管器件的最新进展及趋势,并指出发展中存在的一些关键问题,为开展返波管器件中的超辐射机理研究提供了详实的资料。     

红外成像系统噪声等效温差数字图像测试方法

噪声等效温差是评价红外成像系统性能的关键参数之一。数字图像在红外成像系统的显示与记录中得到越来越广泛的应用,但原有的噪声等效温差均是基于模拟图像进行测试。提出基于数字图像的红外成像系统噪声等效温差测试方法,用最小二乘法拟合信号传递函数,用三维噪声模型分析并计算系统噪声,给出了噪声等效温差的计算方法。搭建测试环境,分别对线列扫描红外成像系统和焦平面阵列红外成像系统进行测试,并对测试数据与标称值进行对比、分析。     

Ar+激光器泵浦的连续光学参量振荡器的理论设计

对Ar 激光器产生的514.5nm的连续光泵浦KTP晶体的光学参量振荡器(CW - KTP -OPO)做了理论分析,讨论了KTP晶体采用Ⅱ类临界相位匹配(CPM)时的角度调谐曲线、有效非线性系数以及走离角,并针对所设计的条件计算了KTP晶体的泵浦阚值.合理设计腔内各个器件的参数,最终确定晶体切割角度为θ=67°,ψ=0°,此时可以产生中心波长为1.55μm的信号光.     

连续太赫兹波在安全检查中的实验研究

文章介绍了应用连续太赫兹波成像系统探测隐藏在纸盒、聚乙烯泡沫、毛巾等材料后面的金属刀具的实验研究.实验结果表明使用连续太赫兹波成像系统可以明显地识别出隐藏在这三种材料后面的金属刀具,证明连续太赫兹波在安全检查领域有非常诱人的应用前景.     

脉冲红外热成像无损检测系统分辨力研究

本文从理论上给出评价脉冲红外热成像无损检测分辨能力的依据,并以尼龙试件为例 探讨了检测系统分辨力与缺陷深度、大小及检测时间之间的关系,从理论上给出检测系统对尼龙试件中缺陷深度和大小的检测极限分别为2. 5mm和2. 7mm,以及最佳的检测时间为热脉冲作用后的35 s左右。同时,将理论结果与实验结果作了对比验证。     

俄罗斯基于超辐射机理相对论返波管实验研究进展

基于超辐射机理相对论返波管能产生高峰值功率、高峰值转换效率、快速上升前沿的纳秒／亚纳秒微波脉冲，正成为高功率微波源系统小型化的新技术途径．本文介绍了近几年来俄罗斯方面对超辐射返波管器件的实验研究情况，重点报道了Ka波段和X波段超辐射返波管器件的最新进展，并指出发展趋势及存在的一些关键技术问题．     

激光超声无损检测系统设计

自20世纪70年代中期发展起来的激光超声新技术,其主要特性是它能以非接触的方式对物体进行无损检测,检测是在顷刻间完成的,并且便于与光学扫描相结合.本文中研究了采用激光超声进行无损检测的系统,完成了对系统光路、前置放大电路以及解调电路的设计,并且通过实验测得系统的检测误差率约为0.49%.     

一种220GHz 波段太赫兹合成孔径成像雷达

微波频段的机载合成孔径成像雷达在对地观测方面具有广泛应用,但其合成孔径成像积累时间长,成像帧率低,提高雷达工作频率能够减小合成孔径所需转角,提高成像帧率。设计了一种工作在220GHz 波段的太赫兹合成孔径成像雷达系统,采用收发天线分置、发射宽带线性调频连续波的体制,最大信号带宽4. 8GHz,输出信号功率约20mW。宽带回波信号幅度相位经外标校补偿,通过成像试验,验证了太赫兹ISAR 与SAR 成像分辨率约3.2cm,可实现5Hz 的成像帧率,证明太赫兹波段能够大幅提升成像帧率,满足快速成像的要求。     

基于单片机的超声波检测系统研究

论述了超声波无损检测基本原理。介绍了超声波平测法和平面对侧法两种检测混凝土缺陷的方法,并提出了以STC89C52芯片为核心的检测系统。该系统具有结构简单、功耗低、便于携带等优点,为提高建筑结构的安全性提供了保障。