[發明專利]基于太赫茲量子器件的斷層掃描成像系統及方法

無效

• 申請號: 201210239697.9
• 申請日: 2012-07-11
• 公開（公告）號: CN102749341A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 曹俊誠;周濤;譚智勇;張戎;郭旭光
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04;G01N23/00
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 宋纓;孫健

1.一種基于太赫茲量子器件的斷層掃描成像系統，包括太赫茲源部分、傳輸匯聚光路系統、旋轉平行掃描臺以及太赫茲信號檢測部分，其特征在于，所述太赫茲源部分包括太赫茲量子級聯激光器（2）、與所述太赫茲量子級聯激光器（2）相連的驅動電源（1）、以及斬波扇（3）；所述傳輸匯聚光路系統包括第一離軸拋面鏡組和第二離軸拋面鏡組；所述太赫茲信號檢測部分包括太赫茲量子阱探測器（10）、與太赫茲量子阱探測器相連的信號處理模塊以及鎖相放大器（11），所述信號處理模塊和鎖相放大器（11）分別與計算機（9）相連；所述太赫茲量子級聯激光器（2）發出的連續太赫茲波經過聚乙烯窗片射出；所述斬波扇（3）直接位于聚乙烯窗片外對出射的太赫茲波進行調制；所述第一離軸拋面鏡組將經過斬波扇（3）調制的發散的太赫茲波至位于旋轉平行掃描臺（8）上的樣品，經過樣品透射后的太赫茲波經過第二離軸拋面鏡組收集匯聚，再經過聚乙烯窗片到所述太赫茲量子阱探測器（10）；所述太赫茲量子阱探測器（10）接收到透射太赫茲波后產生相應的光電流信號；所述信號處理模塊將所述光電流信號提取為電壓信號，并進行放大；所述鎖相放大器（11）對電路輸入的電壓信號進行讀取和顯示；所述計算機（9）用于記錄所述鎖相放大器（11）的電壓信號值，并將其與被測樣品的斷層信息一一對應，得到被測樣品的太赫茲信號透射強度數據。

2.根據權利要求1所述的基于太赫茲量子器件的斷層掃描成像系統，其特征在于，所述旋轉平行掃描臺（8）上的樣品中心位于第一離軸拋面鏡組和第二離軸拋面鏡組焦點處。

3.根據權利要求1所述的基于太赫茲量子器件的斷層掃描成像系統，其特征在于，所述第一離軸拋面鏡組和第二離軸拋面鏡組均由兩塊90度離軸拋物鏡組成。

4.根據權利要求1所述的基于太赫茲量子器件的斷層掃描成像系統，其特征在于，所述太赫茲量子級聯激光器（2）發出的連續太赫茲波的頻率為2.9THz。

5.根據權利要求4所述的基于太赫茲量子器件的斷層掃描成像系統，其特征在于，所述太赫茲量子阱探測器（10）的探測頻率范圍為2.0-6.0THz。

6.根據權利要求5所述的基于太赫茲量子器件的斷層掃描成像系統，其特征在于，所述太赫茲量子阱探測器（10）的峰值探測頻率為3.22THz。

7.根據權利要求1所述的基于太赫茲量子器件的斷層掃描成像系統，其特征在于，所述太赫茲量子阱探測器（10）的有源區包括23個周期結構，每個周期結構內包含交替生長的GaAs層和Al_0.015Ga_0.985As層各一層。

8.根據權利要求1所述的基于太赫茲量子器件的斷層掃描成像系統，其特征在于，所述信號處理模塊包括依次連接的信號處理電路、低噪聲放大器及鎖相放大器；所述信號處理電路包括電壓放大器，供電電池和分壓電阻，所述供電電池、分壓電阻與太赫茲量子阱探測器串聯為閉合回路，并采用電壓放大器提取所述分壓電阻兩端的電壓。

9.一種如權利要求1所述基于太赫茲量子器件的斷層掃描成像系統的掃描成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）太赫茲量子級聯激光器發射出太赫茲信號，然后將信號采用斬波扇調制，并將調制后的信號由一組離軸拋面鏡匯聚，然后傳輸至樣品；

（2）所述傳輸匯聚光路系統將透射的太赫茲信號匯聚并傳輸至所述太赫茲量子阱探測器；

（3）所述太赫茲量子阱探測器將接收到的透射太赫茲波轉換為電信號并發送至所述信號處理模塊進行處理；

（4）同步控制所述旋轉平行掃描臺、信號處理模塊，并且采用Hough變換數據處理方法對收到的電信號進行處理，再將處理后的數據利用斷層還原算法還原得到斷層圖像信息。

10.根據權利要求9所述的掃描成像方法，其特征在于，所述步驟（1）中樣品至于旋轉平行掃描臺上，采用10°、20°、30°、或45°的角度間隔，平行掃描步長為1mm。