CN105607140A - 太赫兹波快速旋转扫描成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太赫兹波快速旋转扫描成像系统及方法，该系统包括：太赫兹量子级联激光器、载物台、传输汇聚光路系统、太赫兹量子阱探测器、信号采集处理模块、同步控制模块及图像显示模块。本发明提出的太赫兹快速旋转扫描成像系统及方法，利用太赫兹量子级联激光器作为辐射源，光电导型太赫兹量子阱探测器作为探测器，采用自行设计的旋转台和平移台、信号传输汇聚光路和信号采集处理模块，完成了太赫兹快速扫描探测成像，使成像时长和成像效果均得到显著改善；本发明的太赫兹快速旋转扫描成像系统及方法实现了太赫兹扫描成像技术的实际应用，成功提高了成像速度和成像效果，对太赫兹成像技术的发展和推广有重要意义。

Description

太赫兹波快速旋转扫描成像系统及方法

技术领域

本发明属于半导体光电器件应用技术领域，特别是涉及一种太赫兹波快速旋转扫描成像系统及方法。

背景技术

THz(太赫兹)成像是THz技术的重要应用方向之一。THz辐射是指频率在0.1～10THz范围内的电磁辐射，由于THz波比红外具有更小的散射消光系数，THz波在传播、散射、反射、吸收和透射等方面与红外和微波存在显著不同的特点。THz波对非极性材料(如硬纸板、塑料、陶瓷、泡沫材料等)具有较好的穿透性，能够探测隐藏的违禁品；THz光子能量小，不会引起生物组织的光致电离，适合于生物医学成像；THz辐射成像的分辨率高，成像对比度和均匀性好，对塑料、陶瓷、泡沫材料、介电材料、毒品、化学和生物制剂等较为敏感，能有效鉴别多种常规手段所无法识别的伪装和隐形等。由于大量有机分子转动和振动跃迁、半导体的子带和微带能量均在THz范围，THz波可用于“指纹”识别和结构表征。很多有机物质的THz光谱具有“指纹”特性，因而利用主动THz成像可实现物质成分的鉴别，利用指纹谱可进行敏感物质识别、遮蔽物检查和安全医疗诊断成像。与常规微波成像相比，THz波具有更高的分辨率，可以实现对更小目标的探测和成像；与红外和可见光相比，THz波对沙尘和烟雾具有更好的穿透能力，便于实现全天候工作。因此，THz波成像可与其他频段的电磁波成像形成互补，在物质鉴别和隐蔽危险品探测等方面显示出良好的应用前景，并为科学研究提供一种新的强有力的方法。另外，随着人们的出行越来越频繁，致使火车站、机场等重要公共场所的安检压力迅速增加，急需一种能快速而便捷的成像手段，以加快安检的速度，缓解重要公共场所的安检压力。因此，发展THz成像技术在公共安全等领域具有重要意义。

THz成像的发展趋势是研制更加实用化的THz成像探测设备，不断向着实时性、高分辨、远距离和便携式等方向发展。采用的技术手段主要包括：优化扫描方式、合成孔径技术和阵列接收技术等。在新型THz成像技术方面，基于THzQCL(QuantumCascadeLaser，量子级联激光器)的成像技术是未来THz成像领域一个重要的发展方向之一。

THz辐射源和THz探测器是THz技术应用的关键器件。THz辐射源是THz频段应用的关键器件。在众多THz辐射产生方式中，THzQCL由于其能量转换效率高、体积小、轻便和易集成等优点，成为THz辐射源研究领域的热点之一。基于半导体的全固态THzQWP(QuantumWellPhotodetector，量子阱探测器)具有探测响应速度快、制作工艺成熟、体积小和易集成等优点。THzQWP是中红外QWP在THz波段的自然扩展，二者在器件性能和特点上具有相似性。目前基于GaAs/AlGaAs材料体系的QWP主要有光导型和光伏型两种。己报道的THzQWP器件多属于光导型。光导型QWP具有高响应率、高探测灵敏度和高光电导增益等优点，已被应用于焦平面阵列探测和多色探测中。但现有的成像系统存在逐行二维机械扫描成像速度慢、扫描产生齿距误差、成像效果差的缺陷。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太赫兹波快速旋转扫描成像系统及方法，用于解决现有技术中的成像系统存在的逐行二维机械扫描成像速度慢、扫描产生齿距误差、成像效果差的缺陷的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种太赫兹波快速旋转扫描成像系统，所述太赫兹波快速旋转扫描成像系统包括：太赫兹量子级联激光器、载物台、传输汇聚光路系统、太赫兹量子阱探测器、信号采集处理模块、同步控制模块及图像显示模块；

所述载物台的表面适于放置待测样品；

所述太赫兹量子级联激光器适于发射太赫兹波；

所述传输汇聚光路系统适于将所述太赫兹量子级联激光器发射的所述太赫兹波汇聚、传输至所述载物台的表面，并将所述待测样品反射的太赫兹波汇聚、传输至所述太赫兹量子阱探测器：

所述太赫兹量子阱探测器与所述信号采集处理模块电连接，适于将所述待测样品反射的太赫兹波转换为电信号并发送至所述信号采集处理模块；

所述信号采集处理模块与所述太赫兹量子阱探测器、所述载物台及所述同步控制模块电连接，适于将所述太赫兹量子阱探测器发送的所述电信号采集处理后发送至所述同步控制模块，且控制所述载物台的运动，采集所述待测样品的二维位置信息，并将所述待测样品的二维位置信息发送至所述同步控制模块；

所述同步控制模块与所述信号采集处理模块及所述图像显示模块电连接，适于保证信号的同步控制和采集，并将所述信号采集处理模块采集的信息处理后发送至所述图像显示模块；

所述图像显示模块适于将所述信号采集处理模块采集的信息以图像形式显示。

作为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的一种优选方案，所述载物台包括旋转台及平移台，所述旋转台位于所述平移台的上表面，所述待测样品位于所述旋转台的上表面。

作为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的一种优选方案，所述传输汇聚光路系统包括：分束镜、第一离轴抛物镜及第二离轴抛物镜；

所述第一离轴抛物镜与所述第二离轴抛物镜配合使用，适于将所述太赫兹量子级联激光器辐射的太赫兹波汇聚至所述载物台；并将所述待测样品反射的太赫兹波反射并汇聚至所述分束镜；

所述分束镜适于将经所述第一离轴抛物镜及所述第二离轴抛物镜反射过来的所述待测样品反射的太赫兹波发送至所述太赫兹量子阱探测器。

作为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的一种优选方案，所述分束镜位于所述太赫兹量子级联激光器上方，与水平方向呈45度角，所述太赫兹量子级联激光器位于所述第一离轴抛物镜的焦点处，所述旋转台的中心位于所述第二离轴抛物镜的焦点处。

作为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的一种优选方案，所述传输汇聚光路系统还包括平面镜，所述平面镜位于所述载物台的上表面，适于反射汇聚至所述载物台表面的所述太赫兹量子级联激光器辐射的太赫兹波。

作为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的一种优选方案，所述信号采集处理模块包括数据采集卡及伺服驱动器；

所述数据采集卡与所述太赫兹量子阱探测器及所述同步控制模块电连接，适于将所述太赫兹量子阱探测器发送的所述电信号采集处理后发送至所述同步控制模块；

所述伺服驱动器与所述载物台及所述同步控制模块电连接，适于控制所述载物台的运动，采集所述待测样品的二维位置信息，并将所述待测样品的二维位置信息发送至所述同步控制模块。

作为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的一种优选方案，所述太赫兹量子阱探测器为光电导型太赫兹量子阱探测器。

作为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的一种优选方案，所述太赫兹量子阱探测器的工作温度为5K；所述太赫兹量子阱探测器在3.2THz处的峰值响应率为0.5A/W。

本发明还提供一种太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法，包括步骤：

1)太赫兹量子级联激光器向外发射太赫兹波，所述太赫兹波经由传输汇聚光路系统汇聚并传输后汇聚至载物台，所述载物台表面放置有待测样品；

2)信号采集处理模块控制所述载物台旋转平移运动，以使得汇聚至所述载物台的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息；所述信号采集处理模块控制所述载物台旋转平移运动的同时采集所述载物台的旋转平移二维信息，并将采集到的所述载物台的旋转平移二维信息发送至同步控制模块；

3)汇聚至所述载物台的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息之后，经由所述传输汇聚光路系统反射、汇聚、传输并汇聚后传输至太赫兹量子阱探测器；

4)所述太赫兹量子阱探测器将接收到的所述太赫兹波转换为电信号并发送至所述信号采集处理模块；

5)所述信号采集处理模块将接收到的所述电信号处理得到探测强度信息，并将所述探测强度信息发送至所述同步控制模块；

6)所述同步控制模块将所述载物台的旋转平移二维信息及所述探测强度信息记录并处理后发送至图像显示模块予以显示。

作为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法的一种优选方案，所述载物台包括旋转台及平移台，所述旋转台位于所述平移台的上表面，所述待测样品位于所述旋转台的上表面。

作为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法的一种优选方案，所述传输汇聚光路系统包括：分束镜、第一离轴抛物镜、第二离轴抛物镜及平面镜；所述太赫兹波经由传输汇聚光路系统汇聚并传输后汇聚至载物台的具体方法为：

所述太赫兹波透过所述分束镜后由所述第一离轴抛物镜汇聚，以将发散的太赫兹波改变为平行的太赫兹波传输至所述第二离轴抛物镜；所述第二离轴抛物镜将平行的太赫兹波汇聚至所述载物台。

作为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法的一种优选方案，汇聚至所述载物台的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息之后，经由所述传输汇聚光路系统反射、汇聚并传输后汇聚至太赫兹量子阱探测器的具体方法为：

汇聚至所述载物台的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息之后经由所述平面镜反射至所述第二离轴抛物镜汇聚，所述第二离轴抛物镜将反射的发散太赫兹波改变为平行的太赫兹波传输至所述第一离轴抛物镜；所述第一离轴抛物镜将平行的太赫兹波汇聚至所述分束镜；所述分束镜将汇聚的太赫兹波发送至所述太赫兹量子阱探测器。

作为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法的一种优选方案，所述信号采集处理模块包括数据采集卡及伺服驱动器；所述伺服驱动器控制所述载物台旋转平移运动，并采集所述载物台的旋转平移二维信息，将采集到的所述载物台的旋转平移二维信息发送至所述同步控制模块。

作为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法的一种优选方案，所述太赫兹量子阱探测器将接收到的所述太赫兹波转换为电信号之后发送至所述数据采集卡，所述数据采集卡将接收到的所述电信号处理得到探测强度信息，并将所述探测强度信息发送至所述同步控制模块。

本发明提供太赫兹波快速旋转扫描成像系统及方法的有益效果为：本发明提出的太赫兹波快速旋转扫描成像系统及方法，利用太赫兹量子级联激光器作为辐射源，光电导型太赫兹量子阱探测器作为探测器，采用自行设计的旋转台和平移台、信号传输汇聚光路和信号采集处理模块，完成了太赫兹快速扫描探测成像，使成像时长和成像效果均得到显著改善。

本发明的太赫兹快速旋转扫描成像系统及方法实现了太赫兹扫描成像技术的实际应用，成功提高了成像速度和成像效果，对太赫兹成像技术的发展和推广有重要意义。

附图说明

图1显示为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的模块结构示意图。

图2显示为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的具体结构示意图。

图3为图2中A区域的示意图，其中载物台为俯视示意图。

图4显示为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法的流程示意图。

图5显示为本发明的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法中旋转扫描区域的二维散点图。

元件标号说明

11太赫兹量子级联激光器

12载物台

121旋转台

122平移台

13传输汇聚光路系统

131分束镜

132第一离轴抛物镜

133第二离轴抛物镜

134平面镜

14太赫兹量子阱探测器

15信号采集处理模块

151数据采集卡

152伺服驱动器

16同步控制模块

17图像显示模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明提供一种太赫兹波快速旋转扫描成像系统，所述太赫兹波快速旋转扫描成像系统至少包括：太赫兹量子级联激光器11、载物台12、传输汇聚光路系统13、太赫兹量子阱探测器14、信号采集处理模块15、同步控制模块16及图像显示模块17；

所述载物台12的表面适于放置待测样品；所述太赫兹量子级联激光器11适于发射太赫兹波；所述传输汇聚光路系统13适于将所述太赫兹量子级联激光器11发射的所述太赫兹波汇聚、传输至所述载物台12的表面，并将所述待测样品反射的太赫兹波汇聚、传输至所述太赫兹量子阱探测器14：所述太赫兹量子阱探测器14与所述信号采集处理模块15电连接，适于将所述待测样品反射的太赫兹波转换为电信号并发送至所述信号采集处理模块15；所述信号采集处理模块15与所述太赫兹量子阱探测器14、所述载物台12及所述同步控制模块16电连接，适于将所述太赫兹量子阱探测器14发送的所述电信号采集处理后发送至所述同步控制模块16，且控制所述载物台12的运动，采集所述待测样品的二维位置信息，并将所述待测样品的二维位置信息发送至所述同步控制模块16；所述同步控制模块16与所述信号采集处理模块15及所述图像显示模块17电连接，适于保证信号的同步控制和采集，并将所述信号采集处理模块15采集的信息处理后发送至所述图像显示模块17；所述图像显示模块17适于将所述信号采集处理模块15采集的信息以图像形式显示。

作为示例，请参阅图2及图3，所述载物台12包括旋转台121及平移台122，所述旋转台121位于所述平移台122的上表面，所述待测样品位于所述旋转台121的上表面。

作为示例，所述传输汇聚光路系统13包括：分束镜131、第一离轴抛物镜132及第二离轴抛物镜133；所述第一离轴抛物镜132与所述第二离轴抛物镜133配合使用，适于将所述太赫兹量子级联激光器11辐射的太赫兹波汇聚至所述载物台12；并将所述待测样品反射的太赫兹波反射并汇聚至所述分束镜131；具体的，所述第一离轴抛物镜132汇聚透过所述分束镜131的发散的太赫兹波，并将汇聚后的所述发散的太赫兹波改变成平行的太赫兹波传输至所述第二离轴抛物镜133，所述第二离轴抛物镜133将平行的太赫兹波汇聚至所述载物台12，并将汇聚至所述载物台12的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息之后反射至所述第二离轴抛物镜133汇聚，所述第二离轴抛物镜133将反射的发散太赫兹波改变为平行的太赫兹波传输至所述第一离轴抛物镜132；所述第一离轴抛物镜132将平行的太赫兹波汇聚至所述分束镜131；所述分束镜131适于将经所述第一离轴抛物镜132及所述第二离轴抛物镜133反射过来的所述待测样品反射的太赫兹波发送至所述太赫兹量子阱探测器14。

作为示例，所述分束镜131位于所述太赫兹量子级联激光器11上方，与水平方向呈45度角，所述太赫兹量子级联激光器11位于所述第一离轴抛物镜132的焦点处，所述旋转台121的中心位于所述第二离轴抛物镜133的焦点处。

作为示例，所述传输汇聚光路系统13还包括平面镜134，所述平面镜134位于所述载物台12的上表面，适于反射汇聚至所述载物台12表面的所述太赫兹量子级联激光器11辐射的太赫兹波。需要说明的是，所述平面镜134位于所述旋转台121的上表面，所述待测样品位于所述平面镜134的上表面。

作为示例，所述信号采集处理模块15包括数据采集卡151及伺服驱动器152；所述数据采集卡151与所述太赫兹量子阱探测器14及所述同步控制模块16电连接，适于将所述太赫兹量子阱探测器14发送的所述电信号采集处理后发送至所述同步控制模块16；所述伺服驱动器152与所述载物台12及所述同步控制模块16电连接，适于控制所述载物台12的运动，采集所述待测样品的二维位置信息，并将所述待测样品的二维位置信息发送至所述同步控制模块16。

作为示例，所述太赫兹量子阱探测器14可以为但不仅限于光电导型太赫兹量子阱探测器。

作为示例，所述太赫兹量子阱探测器14的工作温度为5K；所述太赫兹量子阱探测器14在3.2THz处的峰值响应率为0.5A/W。

所述太赫兹波快速旋转扫描成像系统的工作原理为：所述太赫兹量子级联激光器10向外发射太赫兹波，由所述传输汇聚光路系统13汇聚并传输，太赫兹波汇聚在所述作为载物台12的旋转台121和平移台122上；所述太赫兹量子阱探测器14接收所述载物台12待测样品反射的太赫兹波，将太赫兹波转换为电信号发送至信号采集处理模块15；所述作为载物台12的旋转台121和平移台122将位置信息发送给所述信号采集处理模块15，并接收所述信号采集处理模块15的控制命令；所述同步控制模块16与所述信号采集处理模块15相连，保证信号的同步控制和采集；所述同步控制模块16与所述图像显示模块17相连，将所述信号采集处理模块15采集到的信息处理后发送至所述图像显示模块17显示出来。

请参阅图4及图5，本发明还提供一种太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法，所述太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法包括步骤：

1)太赫兹量子级联激光器向外发射太赫兹波，所述太赫兹波经由传输汇聚光路系统汇聚并传输后汇聚至载物台，所述载物台表面放置有待测样品；

2)信号采集处理模块控制所述载物台旋转平移运动，以使得汇聚至所述载物台的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息；所述信号采集处理模块控制所述载物台旋转平移运动的同时采集所述载物台的旋转平移二维信息，并将采集到的所述载物台的旋转平移二维信息发送至同步控制模块；

3)汇聚至所述载物台的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息之后，经由所述传输汇聚光路系统反射、汇聚、传输并汇聚后传输至太赫兹量子阱探测器；

4)所述太赫兹量子阱探测器将接收到的所述太赫兹波转换为电信号并发送至所述信号采集处理模块；

5)所述信号采集处理模块将接收到的所述电信号处理得到探测强度信息，并将所述探测强度信息发送至所述同步控制模块；

6)所述同步控制模块将所述载物台的旋转平移二维信息及所述探测强度信息记录并处理后发送至图像显示模块予以显示。

在步骤1)中，请参阅图4中的S1步骤，太赫兹量子级联激光器向外发射太赫兹波，所述太赫兹波经由传输汇聚光路系统汇聚并传输后汇聚至载物台，所述载物台表面放置有待测样品。

作为示例，所述载物台包括旋转台及平移台，所述旋转台位于所述平移台的上表面，所述待测样品位于所述旋转台的上表面。

作为示例，所述传输汇聚光路系统包括：分束镜、第一离轴抛物镜、第二离轴抛物镜及平面镜；所述太赫兹波经由传输汇聚光路系统汇聚并传输后汇聚至载物台的具体方法为：所述太赫兹波透过所述分束镜后由所述第一离轴抛物镜汇聚，以将发散的太赫兹波改变为平行的太赫兹波传输至所述第二离轴抛物镜；所述第二离轴抛物镜将平行的太赫兹波汇聚至所述载物台。

在步骤2)中，请参阅图4中的S2步骤，信号采集处理模块控制所述载物台旋转平移运动，以使得汇聚至所述载物台的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息；所述信号采集处理模块控制所述载物台旋转平移运动的同时采集所述载物台的旋转平移二维信息，并将采集到的所述载物台的旋转平移二维信息发送至同步控制模块。

作为示例，所述信号采集处理模块包括数据采集卡及伺服驱动器；所述伺服驱动器控制所述载物台旋转平移运动，并采集所述载物台的旋转平移二维信息，将采集到的所述载物台的旋转平移二维信息发送至所述同步控制模块。

作为示例，扫描的起始点为所述旋转台的中心，所述旋转台以8转每秒的速度旋转，同时所述平移台以1cm/s的速度平移，1ms记录一次位置信息，扫描时长为5s，共记录5000个点，还原位置信息即可得到如图5所示的二维扫描散点图，成像范围是半径5cm的圆形区域。

在步骤3)中，请参阅图4中的S3步骤，汇聚至所述载物台的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息之后，经由所述传输汇聚光路系统反射、汇聚、传输并汇聚后传输至太赫兹量子阱探测器。

作为示例，汇聚至所述载物台的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息之后，经由所述传输汇聚光路系统反射、汇聚、传输并汇聚后传输至太赫兹量子阱探测器的具体方法为：汇聚至所述载物台的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息之后经由所述平面镜反射至所述第二离轴抛物镜汇聚，所述第二离轴抛物镜将反射的发散太赫兹波改变为平行的太赫兹波传输至所述第一离轴抛物镜；所述第一离轴抛物镜将平行的太赫兹波汇聚至所述分束镜；所述分束镜将汇聚的太赫兹波发送至所述太赫兹量子阱探测器。

所述传输汇聚光路系统中的所述分束镜的作用是可以使光信号透射和反射各占二分之一，这样按原路反射回的光信号传输到所述分束镜表面时即可与发射的光信号分开，使所述太赫兹量子阱探测器可探测到反射回的光信号。

在步骤4)中，请参阅图4中的S4步骤，所述太赫兹量子阱探测器将接收到的所述太赫兹波转换为电信号并发送至所述信号采集处理模块。

作为示例，所述太赫兹量子阱探测器14的工作温度为5K；所述太赫兹量子阱探测器14在3.2THz处的峰值响应率为0.5A/W，探测率可达10¹¹cm.Hz^1/2/W.

在步骤5)中，请参阅图4中的S5步骤，所述信号采集处理模块将接收到的所述电信号处理得到探测强度信息，并将所述探测强度信息发送至所述同步控制模块。

作为示例，所述太赫兹量子阱探测器将接收到的所述太赫兹波转换为电信号之后发送至所述数据采集卡，所述数据采集卡将接收到的所述电信号处理得到探测强度信息，并将所述探测强度信息发送至所述同步控制模块。

在步骤6)中，请参阅图4中的S6步骤，所述同步控制模块将所述载物台的旋转平移二维信息及所述探测强度信息记录并处理后发送至图像显示模块予以显示。

作为示例，所述同步控制模块可以由labview编程实现对所述伺服驱动器及所述数据采集卡的同步控制，采集到的位置信息和探测强度信息可以由matlab编程对其进行数据处理，最后以图像形式显示出来。

综上所述，本发明提供一种太赫兹波快速旋转扫描成像系统及方法，所述太赫兹波快速旋转扫描成像系统包括：太赫兹量子级联激光器、载物台、传输汇聚光路系统、太赫兹量子阱探测器、信号采集处理模块、同步控制模块及图像显示模块；所述载物台的表面适于放置待测样品；所述太赫兹量子级联激光器适于发射太赫兹波；所述传输汇聚光路系统适于将所述太赫兹量子级联激光器发射的所述太赫兹波汇聚、传输至所述载物台的表面，并将所述待测样品反射的太赫兹波汇聚、传输至所述太赫兹量子阱探测器：所述太赫兹量子阱探测器与所述信号采集处理模块电连接，适于将所述待测样品反射的太赫兹波转换为电信号并发送至所述信号采集处理模块；所述信号采集处理模块与所述太赫兹量子阱探测器、所述载物台及所述同步控制模块电连接，适于将所述太赫兹量子阱探测器发送的所述电信号采集处理后发送至所述同步控制模块，且控制所述载物台的运动，采集所述待测样品的二维位置信息，并将所述待测样品的二维位置信息发送至所述同步控制模块；所述同步控制模块与所述信号采集处理模块及所述图像显示模块电连接，适于保证信号的同步控制和采集，并将所述信号采集处理模块采集的信息处理后发送至所述图像显示模块；所述图像显示模块适于将所述信号采集处理模块采集的信息以图像形式显示。本发明提出的太赫兹波快速旋转扫描成像系统及方法，利用太赫兹量子级联激光器作为辐射源，光电导型太赫兹量子阱探测器作为探测器，采用自行设计的旋转台和平移台、信号传输汇聚光路和信号采集处理模块，完成了太赫兹波快速扫描探测成像，使成像时长和成像效果均得到显著改善；本发明的太赫兹快速旋转扫描成像系统及方法实现了太赫兹扫描成像技术的实际应用，成功提高了成像速度和成像效果，对太赫兹成像技术的发展和推广有重要意义。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种太赫兹波快速旋转扫描成像系统，其特征在于，所述太赫兹波快速旋转扫描成像系统包括：太赫兹量子级联激光器、载物台、传输汇聚光路系统、太赫兹量子阱探测器、信号采集处理模块、同步控制模块及图像显示模块；

所述载物台的表面适于放置待测样品；

所述太赫兹量子级联激光器适于发射太赫兹波；

所述传输汇聚光路系统适于将所述太赫兹量子级联激光器发射的太赫兹波汇聚、传输至所述载物台的表面，并将所述待测样品反射的太赫兹波汇聚、传输至所述太赫兹量子阱探测器：

所述太赫兹量子阱探测器与所述信号采集处理模块电连接，适于将所述待测样品反射的太赫兹波转换为电信号并发送至所述信号采集处理模块；

所述信号采集处理模块与所述太赫兹量子阱探测器、所述载物台及所述同步控制模块电连接，适于将所述太赫兹量子阱探测器发送的所述电信号采集处理后发送至所述同步控制模块，且控制所述载物台的运动，采集所述待测样品的二维位置信息，并将所述待测样品的二维位置信息发送至所述同步控制模块；

所述同步控制模块与所述信号采集处理模块及所述图像显示模块电连接，适于保证信号的同步控制和采集，并将所述信号采集处理模块采集的信息处理后发送至所述图像显示模块；

所述图像显示模块适于将所述信号采集处理模块采集的信息以图像形式显示。

2.根据权利要求1所述的太赫兹波快速旋转扫描成像系统，其特征在于：所述载物台包括旋转台及平移台，所述旋转台位于所述平移台的上表面，所述待测样品位于所述旋转台的上表面。

3.根据权利要求1所述的太赫兹波快速旋转扫描成像系统，其特征在于：所述传输汇聚光路系统包括：分束镜、第一离轴抛物镜及第二离轴抛物镜；

所述第一离轴抛物镜与所述第二离轴抛物镜配合使用，适于将所述太赫兹量子级联激光器辐射的太赫兹波汇聚至所述载物台；并将所述待测样品反射的太赫兹波反射并汇聚至所述分束镜；所述分束镜适于将经所述第一离轴抛物镜及所述第二离轴抛物镜反射过来的所述待测样品反射的太赫兹波发送至所述太赫兹量子阱探测器。

4.根据权利要求3所述的太赫兹波快速旋转扫描成像系统，其特征在于：所述分束镜位于所述太赫兹量子级联激光器上方，与水平方向呈45度角，所述太赫兹量子级联激光器位于所述第一离轴抛物镜的焦点处，所述旋转台的中心位于所述第二离轴抛物镜的焦点处。

5.根据权利要求3所述的太赫兹波快速旋转扫描成像系统，其特征在于：所述传输汇聚光路系统还包括平面镜，所述平面镜位于所述载物台的上表面，适于反射汇聚至所述载物台表面的所述太赫兹量子级联激光器辐射的太赫兹波。

6.根据权利要求1所述的太赫兹波快速旋转扫描成像系统，其特征在于：所述信号采集处理模块包括数据采集卡及伺服驱动器；

所述数据采集卡与所述太赫兹量子阱探测器及所述同步控制模块电连接，适于将所述太赫兹量子阱探测器发送的所述电信号采集处理后发送至所述同步控制模块；

所述伺服驱动器与所述载物台及所述同步控制模块电连接，适于控制所述载物台的运动，采集所述待测样品的二维位置信息，并将所述待测样品的二维位置信息发送至所述同步控制模块。

7.根据权利要求1所述的太赫兹波快速旋转扫描成像系统，其特征在于：所述太赫兹量子阱探测器为光电导型太赫兹量子阱探测器。

8.根据权利要求1或7所述的太赫兹波快速旋转扫描成像系统，其特征在于：所述太赫兹量子阱探测器的工作温度为5K；所述太赫兹量子阱探测器在3.2THz处的峰值响应率为0.5A/W。

9.一种太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法，其特征在于：包括步骤：

1)太赫兹量子级联激光器向外发射太赫兹波，所述太赫兹波经由传输汇聚光路系统汇聚并传输后汇聚至载物台，所述载物台表面放置有待测样品；

2)信号采集处理模块控制所述载物台旋转平移运动，以使得汇聚至所述载物台的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息；所述信号采集处理模块控制所述载物台旋转平移运动的同时采集所述载物台的旋转平移二维信息，并将采集到的所述载物台的旋转平移二维信息发送至同步控制模块；

3)汇聚至所述载物台的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息之后，经由所述传输汇聚光路系统反射、汇聚、传输并汇聚后传输至太赫兹量子阱探测器；

4)所述太赫兹量子阱探测器将接收到的所述太赫兹波转换为电信号并发送至所述信号采集处理模块；

5)所述信号采集处理模块将接收到的所述电信号处理得到探测强度信息，并将所述探测强度信息发送至所述同步控制模块；

6)所述同步控制模块将所述载物台的旋转平移二维信息及所述探测强度信息记录并处理后发送至图像显示模块予以显示。

10.根据权利要求9所述的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法，其特征在于：所述载物台包括旋转台及平移台，所述旋转台位于所述平移台的上表面，所述待测样品位于所述旋转台的上表面。

11.根据权利要求9所述的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法，其特征在于：所述传输汇聚光路系统包括：分束镜、第一离轴抛物镜、第二离轴抛物镜及平面镜；所述太赫兹波经由传输汇聚光路系统汇聚并传输后汇聚至载物台的具体方法为：

所述太赫兹波透过所述分束镜后由所述第一离轴抛物镜汇聚，以将发散的太赫兹波改变为平行的太赫兹波传输至所述第二离轴抛物镜；所述第二离轴抛物镜将平行的太赫兹波汇聚至所述载物台。

12.根据权利要求11所述的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法，其特征在于：汇聚至所述载物台的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息之后，经由所述传输汇聚光路系统反射、汇聚并传输后汇聚至太赫兹量子阱探测器的具体方法为：

汇聚至所述载物台的太赫兹波扫描到所述待测样品的全部位置信息之后经由所述平面镜反射至所述第二离轴抛物镜汇聚，所述第二离轴抛物镜将反射的发散太赫兹波改变为平行的太赫兹波传输至所述第一离轴抛物镜；所述第一离轴抛物镜将平行的太赫兹波汇聚至所述分束镜；所述分束镜将汇聚的太赫兹波发送至所述太赫兹量子阱探测器。

13.根据权利要求9所述的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法，其特征在于：所述信号采集处理模块包括数据采集卡及伺服驱动器；所述伺服驱动器控制所述载物台旋转平移运动，并采集所述载物台的旋转平移二维信息，将采集到的所述载物台的旋转平移二维信息发送至所述同步控制模块。

14.根据权利要求13所述的太赫兹波快速旋转扫描成像系统的扫描成像方法，其特征在于：所述太赫兹量子阱探测器将接收到的所述太赫兹波转换为电信号之后发送至所述数据采集卡，所述数据采集卡将接收到的所述电信号处理得到探测强度信息，并将所述探测强度信息发送至所述同步控制模块。