[發(fā)明專利]一種太赫茲波掃描成像系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310393494.X
• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN103454255A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹俊誠;周濤;張戎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59;G01N21/47
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太赫茲光學(xué)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種太赫茲波掃描成像系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著發(fā)散性太赫茲光源和探測器的快速發(fā)展，太赫茲波的成像應(yīng)用研究也越發(fā)廣泛。由于太赫茲波自身的眾多優(yōu)點(diǎn)，使得太赫茲應(yīng)用技術(shù)的研究已經(jīng)延伸到了社會生活和生產(chǎn)的各個(gè)方面。在公共安全檢測方面，毒品和TNT都具有其特殊的太赫茲吸收峰，由于太赫茲波可以透過一些常見的紅外無法穿透的材料，如塑料包裝，信封和半導(dǎo)體介質(zhì)等無極性材料，借助于相應(yīng)的太赫茲檢測儀可以檢測出隱藏的危險(xiǎn)品，豐富了安檢的手段和內(nèi)容；在生物醫(yī)學(xué)方面，太赫茲波能檢測表皮生物細(xì)胞的病變情況，如皮膚燒傷面積，皮膚癌變等；在物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征檢測方面，由太赫茲波檢測完成的圖像結(jié)構(gòu)還原可以實(shí)現(xiàn)彩色化，區(qū)域識別化，較之于X射線等強(qiáng)射線還原的單一灰度圖像有顯著的改善，同時(shí)借助CT成像技術(shù)手段，還可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)和三維圖像的重建。另一方面，太赫茲波技術(shù)較之于微波超聲技術(shù)，圖像得到的分辨率更高，這得益于其更短的波長。

由于發(fā)散性太赫茲光源和探測器的發(fā)展相對較慢，在一定程度上限制了太赫茲應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。在已有的發(fā)散性太赫茲光源和探測器的基礎(chǔ)上，不斷的對發(fā)掘和改善應(yīng)用技術(shù)方法，對太赫茲波的實(shí)際應(yīng)用同樣至關(guān)重要。目前，太赫茲成像研究主要采用掃描模式，由于受制于太赫茲波光學(xué)系統(tǒng)的限制，成像的分辨率～1mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于根據(jù)瑞利判據(jù)計(jì)算的理論分辨率，所以分辨率的提高和優(yōu)化對于成像類應(yīng)用技術(shù)而言就顯得格外重要。

本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過長期對THz波成像系統(tǒng)以方法研究，提出了一種關(guān)于提高太赫茲波掃描成像分辨率的系統(tǒng)及方法，對于常見的太赫茲波掃描模式成像而言，使成像的分辨率得到顯著提高，有利于太赫茲成像技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種太赫茲波掃描成像系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中太赫茲波掃描成像系統(tǒng)及方法分辨率較低的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種太赫茲波掃描成像系統(tǒng)，至少包括：

發(fā)散性太赫茲光源匯聚模塊，用于將發(fā)散性太赫茲光源發(fā)射的太赫茲信號進(jìn)行收集及匯聚，并將匯聚的太赫茲信號傳輸給共焦-濾波光路模塊；

共焦-濾波光路模塊，包括：

第一孔徑光闌，用于對匯聚的太赫茲信號進(jìn)行濾波，消除雜散光；

第一聚光元件，用于將經(jīng)過所述第一孔徑光闌濾波的太赫茲信號匯聚至樣品處；

第二聚光元件，用于收集并匯聚經(jīng)過樣品透射或反射的攜帶樣品信息的太赫茲信號；

第二孔徑光闌，用于對攜帶樣品信息的太赫茲信號進(jìn)行濾波以增強(qiáng)所述太赫茲信號的對比度，并將攜帶樣品信息的太赫茲信號傳輸給太赫茲信號接收模塊；

太赫茲信號接收模塊，用于提取攜帶樣品信息的太赫茲信號后產(chǎn)生響應(yīng)信號，該響應(yīng)信號用于后續(xù)的圖像還原。

作為本發(fā)明的太赫茲波掃描成像系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述發(fā)散性太赫茲光源匯聚模塊包括：

發(fā)散性太赫茲光源，用于產(chǎn)生發(fā)散性的太赫茲信號；

第一離軸拋物鏡，用于收集經(jīng)所述發(fā)散性太赫茲光源射出的太赫茲信號，并使該太赫茲信號反射至第二離軸拋物鏡；

第二離軸拋物鏡，用于接收經(jīng)所述第一離軸拋物鏡反射過來的太赫茲信號，并使該太赫茲信號反射并匯聚至所述焦-濾波光路模塊。

進(jìn)一步地，所述發(fā)散性太赫茲光源的發(fā)光頻率范圍為1～10THz，其發(fā)光類型為單頻、多頻或廣譜，其發(fā)散角大于或等于10°。

作為本發(fā)明的太赫茲波掃描成像系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述第一聚光元件與第二聚光元件相對于樣品呈對稱分布且共焦平面。

作為本發(fā)明的太赫茲波掃描成像系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述第一孔徑光闌設(shè)置于所述第一聚光元件一側(cè)的焦平面處，其小孔設(shè)置于所述第一聚光元件一側(cè)的焦點(diǎn)處；所述第二孔徑光闌設(shè)置于所述第二聚光元件的一側(cè)焦平面處，其小孔設(shè)置于所述第二聚光元件一側(cè)的焦點(diǎn)處。

作為本發(fā)明的太赫茲波掃描成像系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述第一孔徑光闌及第二孔徑光闌孔徑均為2.5r～5r，其中，r＝0.44λ/nsinθ，λ為信號波長，n為光線傳輸介質(zhì)的折射率，θ為光學(xué)系統(tǒng)的物鏡孔徑角。

作為本發(fā)明的太赫茲波掃描成像系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述太赫茲信號接收模塊包括：

第三離軸拋物鏡，用于收集從所述共焦-濾波光路模塊射出的攜帶樣品信息的太赫茲信號并反射至第四離軸拋物鏡；