[发明专利]基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统及方法

权利要求书

1.一种基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统，包括太赫兹源部分、传输汇聚光路系统、旋转平行扫描台以及太赫兹信号检测部分，其特征在于，所述太赫兹源部分包括太赫兹量子级联激光器（2）、与所述太赫兹量子级联激光器（2）相连的驱动电源（1）、以及斩波扇（3）；所述传输汇聚光路系统包括第一离轴抛面镜组和第二离轴抛面镜组；所述太赫兹信号检测部分包括太赫兹量子阱探测器（10）、与太赫兹量子阱探测器相连的信号处理模块以及锁相放大器（11），所述信号处理模块和锁相放大器（11）分别与计算机（9）相连；所述太赫兹量子级联激光器（2）发出的连续太赫兹波经过聚乙烯窗片射出；所述斩波扇（3）直接位于聚乙烯窗片外对出射的太赫兹波进行调制；所述第一离轴抛面镜组将经过斩波扇（3）调制的发散的太赫兹波至位于旋转平行扫描台（8）上的样品，经过样品透射后的太赫兹波经过第二离轴抛面镜组收集汇聚，再经过聚乙烯窗片到所述太赫兹量子阱探测器（10）；所述太赫兹量子阱探测器（10）接收到透射太赫兹波后产生相应的光电流信号；所述信号处理模块将所述光电流信号提取为电压信号，并进行放大；所述锁相放大器（11）对电路输入的电压信号进行读取和显示；所述计算机（9）用于记录所述锁相放大器（11）的电压信号值，并将其与被测样品的断层信息一一对应，得到被测样品的太赫兹信号透射强度数据。

2.根据权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统，其特征在于，所述旋转平行扫描台（8）上的样品中心位于第一离轴抛面镜组和第二离轴抛面镜组焦点处。

3.根据权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统，其特征在于，所述第一离轴抛面镜组和第二离轴抛面镜组均由两块90度离轴抛物镜组成。

4.根据权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统，其特征在于，所述太赫兹量子级联激光器（2）发出的连续太赫兹波的频率为2.9THz。

5.根据权利要求4所述的基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统，其特征在于，所述太赫兹量子阱探测器（10）的探测频率范围为2.0-6.0THz。

6.根据权利要求5所述的基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统，其特征在于，所述太赫兹量子阱探测器（10）的峰值探测频率为3.22THz。

7.根据权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统，其特征在于，所述太赫兹量子阱探测器（10）的有源区包括23个周期结构，每个周期结构内包含交替生长的GaAs层和Al_0.015Ga_0.985As层各一层。

8.根据权利要求1所述的基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统，其特征在于，所述信号处理模块包括依次连接的信号处理电路、低噪声放大器及锁相放大器；所述信号处理电路包括电压放大器，供电电池和分压电阻，所述供电电池、分压电阻与太赫兹量子阱探测器串联为闭合回路，并采用电压放大器提取所述分压电阻两端的电压。

9.一种如权利要求1所述基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统的扫描成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）太赫兹量子级联激光器发射出太赫兹信号，然后将信号采用斩波扇调制，并将调制后的信号由一组离轴抛面镜汇聚，然后传输至样品；

（2）所述传输汇聚光路系统将透射的太赫兹信号汇聚并传输至所述太赫兹量子阱探测器；

（3）所述太赫兹量子阱探测器将接收到的透射太赫兹波转换为电信号并发送至所述信号处理模块进行处理；

（4）同步控制所述旋转平行扫描台、信号处理模块，并且采用Hough变换数据处理方法对收到的电信号进行处理，再将处理后的数据利用断层还原算法还原得到断层图像信息。

10.根据权利要求9所述的扫描成像方法，其特征在于，所述步骤（1）中样品至于旋转平行扫描台上，采用10°、20°、30°、或45°的角度间隔，平行扫描步长为1mm。