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CN101251492B - 一种连续波太赫兹实时成像装置及其方法 - Google Patents

一种连续波太赫兹实时成像装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太赫兹波实时成像装置及其成像方法，该装置包括连续波太赫兹辐射源、离轴抛物面镜、样品台、聚乙烯透镜、热释电相机和计算机；在连续波太赫兹辐射源后沿光路传播方向依次放置离轴抛物面镜、样品台、聚乙烯透镜、热释电相机，热释电相机成像后数据接入计算机。利于该装置可实现对样品的太赫兹实时成像，并通过计算机对图像进行实时成像显示。有益效果是可以根据需要调节太赫兹辐射源的输出频率和输出功率，调节光学系统的成像放大率，从而满足不同物质、不同需要的检测要求。该装置可以对隐藏在报纸、织物、塑料等包裹物内的金属危险品如刀具等进行实时成像，还可以对信件中的物体进行无损探测。

Description

一种连续波太赫兹实时成像装置及其方法
所属技术领域
本发明涉及一种成像装置及其成像方法，具体地涉及一种太赫兹波实时成像装置及其成像方法。
现有技术
太赫兹(THz)辐射是指振荡频率在0.1THz-10THz(1THz＝1012Hz)的电磁波，此波段的电磁辐射具有很多独特的性质：1)THz波对很多介电材料和非极性液体有很好的穿透性，因此太赫兹波可以对不透明物体进行透视成像；2)THz波另一个显著特点是它的安全性，它的光子能量很低，对生物体安全；3)THz波段还包含了丰富的光谱信息，具有良好的光谱分辨特性。因而太赫兹技术在生物医学、安全监测等领域都有独特的优势。
目前从辐射源考虑，THz成像技术可分为脉冲波THz成像和连续波THz成像两大类。脉冲波THz时域光谱成像是研究最广泛的THz成像技术，主要是利用超短脉冲激发产生THz脉冲，经过时域到频域的转换得到样品各种信息，然后进行数据处理得到THz图像，此方法产生的THz功率低(微瓦级)、成像速度慢、数据处理繁琐。连续波THz成像技术中，THz源可以采用量子级联激光器，但是量子级联激光器输出频率较高，且需要低温运行；还可以采用返波管，其优点是输出频率可调，但其输出频率太低(＜1.5THz)。光泵太赫兹激光器也是产生连续波THz的辐射源，可以室温工作，且输出功率较高。从成像方法来考虑，THz成像技术可分为扫描成像和实时成像两大类：扫描成像技术对样品上各点逐次扫描，成像速度慢；而现在THz实时成像主要采用电光晶体，成像面积较小、成像结构复杂。
发明内容
为解决现有成像装置和成像方法中成像面积较小、成像结构复杂、成像速度慢、数据处理繁琐的技术问题，本发明提供一种结构简单、操作方便的太赫兹波实时成像装置和成像方法。
本发明通过以下技术方案来实现发明目的：
一种连续波太赫兹实时成像装置，该装置包括连续波太赫兹辐射源、离轴抛物面镜、样品台、聚乙烯透镜、热释电相机和计算机；离轴抛物面镜设置在太赫兹辐射源的太赫兹发射路径上，离轴抛物面镜后设置样品台，光路通过样品台上的样品，样品台后沿光路设置聚乙烯透镜，热释电相机的接收端口设置于聚乙烯透镜的透射光路上，连续波从太赫兹辐射源发出后经离轴抛物面镜收集并集中入射到样品台的样品上，再经聚乙烯透镜由热释电相机接收，热释电相机成像后数据接入计算机；所述的聚乙烯透镜可以为高密度聚乙烯透镜或聚四氟乙烯透镜。
一种连续波太赫兹实时成像方法，包括以下步骤：
a.由太赫兹辐射源发出连续太赫兹波，通过离轴抛物面镜对连续太赫兹波进行收集；
b.离轴抛物面镜把收集到的连续太赫兹波入射到样品台上的样品上；
c.从样品透射出来的太赫兹光由聚乙烯透镜收集并入射到热释电相机上；
d.热释电相机把光信号转变为电信号并输入到计算机上；
e.计算机通过热释电相机自带软件对图像进行实时成像显示。
从连续波太赫兹辐射源出射的太赫兹光被离轴抛物面镜收集并入射到样品台上的样品上，从样品透射的太赫兹光加载了样品的信息，此信号光被聚乙烯透镜收集并入射到热释电相机上，热释电相机把光信号转变为电信号，输入到计算机上，计算机对数据进行处理并在显示器上实时显示出样品的太赫兹图像。离轴抛物面镜和聚乙烯透镜的距离使得信号均匀照射热释电相机接收面，调节样品到聚乙烯透镜的距离以及热释电相机的位置，可以调节图像的放大率。调节太赫兹辐射源的输出波长，还可以得到不同频率的太赫兹图像。
本发明的有益效果是热释电相机接收面积大，成像速度快、成像面积大，而且可以根据需要调节太赫兹辐射源的输出频率和输出功率，调节光学系统的成像放大率，从而满足不同物质、不同需要的检测要求。该装置可以对隐藏在报纸、织物、塑料等包裹物内的金属危险品如刀具等进行实时成像，还可以对信件中的物体进行无损探测。
附图说明
图1本发明成像装置结构图
图中，1连续波太赫兹辐射源、2离轴抛物面镜、3样品台、4聚乙烯透镜、5热释电相机、6计算机。
具体实施方式
如附图所示，一种连续波太赫兹实时成像装置，包括连续波太赫兹辐射源1、离轴抛物面镜2、样品台3、聚乙烯透镜4、热释电相机5和计算机6，离轴抛物面镜2设置在太赫兹辐射源1的太赫兹发射路径上，离轴抛物面镜2后设置样品台3，光路通过样品台3上的样品，样品台3后沿光路设置聚乙烯透镜4，热释电相机5的接收端口设置于聚乙烯透镜4的透射光路上，连续波从太赫兹辐射源1发出后经离轴抛物面镜2收集并集中入射到样品台3的样品上，再经聚乙烯透镜4由热释电相机5接收，热释电相机5成像后数据接入计算机6；所述的聚乙烯透镜4为高密度聚乙烯透镜。
连续波太赫兹辐射源选用美国Coherent公司的Sifir-50光泵太赫兹激光器，其输出波长在40μm到300μm可调，输出平均功率在几十毫瓦量级。离轴抛物面镜选用美国Microtech公司的产品，离轴抛物面镜的使用，可以减小像差。样品台放置于离轴抛物面镜后，离轴抛物面镜和高密度聚乙烯透镜之间的距离使得热释电相机接收面上均匀照射。热释电相机选用美国Spiricon公司生产的Pyrocam III型热释电列阵相机。热释电相机5通过1394接口连接计算机6。
连续波太赫兹的实时成像方法是：
a.由太赫兹辐射源发出连续太赫兹波，通过离轴抛物面镜对连续太赫兹波进行收集；
b.离轴抛物面镜把收集到的连续太赫兹波入射到样品台上的样品上；
c.从样品透射出来的太赫兹光由聚乙烯透镜收集并入射到热释电相机上；
d.热释电相机把光信号转变为电信号并输入到计算机上；
e.计算机通过热释电相机自带软件对图像进行实时成像显示。

Claims (3)

1.一种连续波太赫兹实时成像装置，其特征在于：该装置包括连续波太赫兹辐射源(1)、离轴抛物面镜(2)、样品台(3)、聚乙烯透镜(4)、热释电相机(5)和计算机(6)；离轴抛物面镜(2)设置在太赫兹辐射源(1)的太赫兹发射路径上，离轴抛物面镜(2)后设置样品台(3)，光路通过样品台(3)上的样品，样品台(3)后沿光路设置聚乙烯透镜(4)，热释电相机(5)的接收端口设置于聚乙烯透镜(4)的透射光路上，热释电相机(5)成像后数据接入计算机(6)。
2.根据权利要求1所述的一种连续波太赫兹实时成像装置，其特征在于：所述的聚乙烯透镜(4)为高密度聚乙烯透镜或聚四氟乙烯透镜。
3.一种连续波太赫兹实时成像方法，包括以下步骤：
a.由太赫兹辐射源(1)发出连续太赫兹波，通过离轴抛物面镜(2)对连续太赫兹波进行收集；
b.离轴抛物面镜(2)把收集到的连续太赫兹波入射到样品台(3)上的样品上；
c.从样品透射出来的太赫兹光由聚乙烯透镜(4)收集并入射到热释电相机(5)上；
d.热释电相机(5)把光信号转变为电信号并输入到计算机(6)上；
e.通过热释电相机(5)自带软件对图像进行实时成像显示。
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