[發(fā)明專利]一種千萬幀頻超高速太赫茲成像系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310362735.8
• 申請日: 2023-04-07
• 公開（公告）號: CN116382023B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李澤仁;阮雙琛;孫帥;徐芳;王小胡;李佳;張維
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G03B39/00
• 分類號: G03B39/00;G01N21/3581;G01N21/84;G03B41/00;G03B9/64
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所(普通合伙) 37104
• 代理人: 付麗麗

本發(fā)明公開了一種千萬幀頻超高速太赫茲成像系統(tǒng)，太赫茲成像主物鏡和太赫茲分光物鏡共同作用將被成像目標(biāo)的成像在太赫茲n面分光棱錐的入射面上；太赫茲n面分光棱錐將投射的太赫茲波等分為n束不同空間方向的的波，其中任一束輻射到對應(yīng)的太赫茲反光鏡的入射面上，太赫茲反光鏡將入射的太赫茲波反射入超快太赫茲門選通組件的入射窗口，超快太赫茲門選通組件用于對入射窗口面上的圖像進(jìn)行選通成像，太赫茲門控脈沖產(chǎn)生模塊用于控制超快太赫茲門選通組件的延時(shí)打開時(shí)刻與開門時(shí)間寬度，太赫茲中繼成像模塊用于將超快太赫茲門選通組件入射的太赫茲波聚焦于太赫茲面陣相機(jī),采用精密控制技術(shù)控制太赫茲門控組件的開啟時(shí)間寬度，實(shí)現(xiàn)分幅成像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太赫茲光譜和成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種千萬幀頻超高速太赫茲成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在一次實(shí)驗(yàn)中獲得超高速瞬態(tài)過程同一時(shí)基、同一空基的太赫茲分幅圖像，最高幀頻可以達(dá)到千萬幀/s。

背景技術(shù)

顯微成像技術(shù)能將空間尺度極度放大，是觀測和認(rèn)知微觀世界的基礎(chǔ)，高速成像技術(shù)能將時(shí)間尺度極度放大，則是觀測和認(rèn)知高速瞬態(tài)事件的唯一手段?？梢姽飧咚俪上窦夹g(shù)經(jīng)過近百年的發(fā)展，取得了巨大進(jìn)步，攝影頻率從幾十幅/s～幾十億幅/s，空間分辨力達(dá)到微米甚至納米，并廣泛物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生物醫(yī)藥、天體物理以及農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，成為推動軍事、科研、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們生活進(jìn)步發(fā)展的核心技術(shù)之一，長期以來是世界各國研究與發(fā)展的熱點(diǎn)。

現(xiàn)有的高速成像技術(shù)按電磁波譜劃分主要有x光、紫外、可見光、紅外和太赫茲波高速成像技術(shù)。X光的光子能量很高，能夠穿透物體對其內(nèi)部成像，但x射線的產(chǎn)生比較困難并需要特定的條件，脈沖x射線源的重頻一般較低，因此，x射線高速成像的頻率一般只有幾十上百幅每秒，很難實(shí)現(xiàn)超高速成像。紫外和可見光成像均可達(dá)到千萬幅頻/s的超高速，但只能對物體外觀成像，不能穿透物體對其內(nèi)部成像。紅外成像對物體有一定穿透性，但紅外光源與探測器很難實(shí)現(xiàn)高重頻，因此也難于實(shí)現(xiàn)超高速成像。太赫茲波是介于紅外線和微波之間的一段電磁波，由于處于光子學(xué)到電子學(xué)的過渡區(qū)域，其具有很多獨(dú)特的屬性，如指紋光譜性、低能性、特殊穿透性等，特別是特殊穿透性使其可以穿透陶瓷、皮革、紙張、橡膠、高分子涂層等眾多材料，實(shí)現(xiàn)對物體內(nèi)部的高速成像，在聚合物與涂層檢測、航空航天材料檢測、生物醫(yī)藥和生產(chǎn)在線無損檢測等領(lǐng)域具有廣泛且不可替代的用途。然而，由于脈沖太赫茲信號的產(chǎn)生以及信號接收方法的技術(shù)局限性，目前太赫茲成像很難實(shí)現(xiàn)高速，無論是光學(xué)太赫茲技術(shù)還是電子學(xué)太赫茲技術(shù)，最高成像頻率只能達(dá)到幾十幀/s，究其原因在于：(1)用飛秒激光驅(qū)動的光學(xué)或電子倍增的電子學(xué)方法所獲得的太赫茲信號通常比較微弱(在μw或nw量級)，加之各種材料以及水分對太赫茲波的吸收損耗，導(dǎo)致太赫茲信號進(jìn)一步下降，只能采用點(diǎn)陣掃描的方式進(jìn)行高速成像，從原理和方法上限定了其成像速度，最快只能實(shí)現(xiàn)幾幀/s的高速成像；(2)雖然已有面陣焦平面太赫茲相機(jī)，可以進(jìn)行太赫茲面陣成像，但由于目前面陣焦平面太赫茲相機(jī)的最高成像頻率也只有幾十幀/s，也很難實(shí)現(xiàn)高速成像。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于目前太赫茲成像系統(tǒng)頻率低、無法實(shí)現(xiàn)上百幀/s及以上的高速成像，本發(fā)明提出一種千萬幀頻超高速太赫茲成像系統(tǒng)，旨在通過本系統(tǒng)的引入，實(shí)現(xiàn)從幾幀/s-千萬幀/s、最高成像頻率千萬幀頻以上、圖像分辨力不低于256×256陣元的太赫茲超高速成像，極大提高太赫茲成像速度，拓展其應(yīng)用范圍。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種千萬幀頻超高速太赫茲成像系統(tǒng)，包括太赫茲成像單元、太赫茲分光系統(tǒng)、太赫茲分幅成像系統(tǒng)和精密延時(shí)及控制系統(tǒng)，

其中，太赫茲成像單元1包括太赫茲成像主物鏡101，分劃板102和電磁快門103，分劃板102置于主物鏡101和電磁快門103之間；

太赫茲分光系統(tǒng)2包括太赫茲分光物鏡201，太赫茲n面分光棱錐202和n個(gè)太赫茲反光鏡203，分別為第1太赫茲反光鏡2031、第2太赫茲反光鏡2032、第i太赫茲反光鏡203i……第n太赫茲反光鏡203n,i為1到n的正整數(shù)；