[發(fā)明專利]一種三維太赫茲層析成像系統(tǒng)及掃描和圖像重建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610565144.0
• 申請(qǐng)日: 2016-07-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107631995B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牛麗婷;王可嘉;劉昌明;楊振剛;魏旭立;劉勁松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/3581
• 分類號(hào): G01N21/3581;G01N21/3563;G01N21/01
• 代理公司: 42201 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 趙偉

1.一種基于三維太赫茲層析成像系統(tǒng)的掃描方法，所述三維太赫茲層析成像系統(tǒng)包括：太赫茲發(fā)射源、斬波器、樣品臺(tái)、光束傳輸單元、太赫茲探測(cè)器以及鎖相放大器；所述太赫茲發(fā)射源與太赫茲探測(cè)器分別固定于兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)上，且太赫茲發(fā)射源和太赫茲探測(cè)器始終處于同一直線上；所述太赫茲發(fā)射源用于提供連續(xù)的太赫茲光束；斬波器用于對(duì)所述連續(xù)太赫茲光束進(jìn)行調(diào)制，獲得時(shí)域矩形波信號(hào)；所述樣品臺(tái)用于放置樣品，并實(shí)現(xiàn)樣品的平移和旋轉(zhuǎn)；所述光束傳輸單元用于對(duì)時(shí)域矩形波信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)直和聚焦處理，聚焦的光束入射至位于樣品臺(tái)上的樣品，從樣品透射出來(lái)的光經(jīng)過(guò)光束傳輸單元的再次準(zhǔn)直、聚焦處理，形成聚焦的透射光束；太赫茲探測(cè)器用于探測(cè)所述透射光束的光強(qiáng)，并將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；鎖相放大器用于將所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并放大；外部計(jì)算機(jī)根據(jù)放大的電壓信號(hào)獲得樣品的投影信息；其特征在于，包括如下步驟：

(1)將太赫茲發(fā)射源發(fā)射的連續(xù)太赫茲光束調(diào)制成時(shí)域矩形波；

(2)對(duì)時(shí)域矩形波進(jìn)行聚焦處理，形成第一聚焦光束，采用第一聚焦光束對(duì)樣品進(jìn)行掃描；

(3)對(duì)樣品的出射光進(jìn)行聚焦處理，形成第二聚焦光束；

(4)探測(cè)第二聚焦光束的光強(qiáng)，并將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；

(5)將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并放大；

(6)根據(jù)放大的電壓信號(hào)得到樣品的二維投影矩陣g(θ,nx)；其中，θ是指樣品的旋轉(zhuǎn)角度；nx是指樣品在水平方向上平移的點(diǎn)數(shù)；

(7)控制樣品在水平方向平移并繞豎直方向旋轉(zhuǎn)，并控制太赫茲發(fā)射源與太赫茲探測(cè)器在豎直方向上同步平移，重復(fù)步驟(1)～(6)，獲得樣品在不同高度的二維投影矩陣，將所有二維投影矩陣沿豎直方向疊加，獲得樣品的三維投影矩陣g(ny,θ,nx)；ny指樣品在豎直方向上平移的點(diǎn)數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的掃描方法，其特征在于，所述樣品臺(tái)包括一個(gè)直線步進(jìn)電機(jī)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)；所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)固定在直線步進(jìn)電機(jī)上，所述直線步進(jìn)電機(jī)用于實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)和樣品同步平移，所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)用于實(shí)現(xiàn)樣品的旋轉(zhuǎn)。

3.如權(quán)利要求1所述的掃描方法，其特征在于，所述光束傳輸單元包括第一準(zhǔn)直聚焦模塊和第二準(zhǔn)直聚焦模塊；

所述第一準(zhǔn)直聚焦模塊的中心軸與第二準(zhǔn)直聚焦模塊的中心軸處于同一直線上，第一準(zhǔn)直聚焦模塊的焦平面與第二準(zhǔn)直聚焦模塊的焦平面處于同一平面上，并且焦點(diǎn)重合；

所述第一準(zhǔn)直聚焦模塊用于對(duì)時(shí)域矩形波信號(hào)進(jìn)行匯聚，縮小光束束腰；所述第二準(zhǔn)直聚焦模塊用于對(duì)樣品的出射光束進(jìn)行匯聚，形成聚焦的透射光束。

4.如權(quán)利要求3所述的掃描方法，其特征在于，所述第一準(zhǔn)直聚焦模塊包括第一準(zhǔn)直透鏡，以及位于所述第一準(zhǔn)直透鏡出射方向的第一聚焦透鏡；所述第二準(zhǔn)直聚焦模塊包括第二準(zhǔn)直透鏡，以及位于所述第二準(zhǔn)直透鏡出射方向的第二聚焦透鏡。