[发明专利]一种太赫兹波扫描成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹光学应用技术领域，特别是涉及一种太赫兹波扫描成像系统及方法。

背景技术

近年来，随着发散性太赫兹光源和探测器的快速发展，太赫兹波的成像应用研究也越发广泛。由于太赫兹波自身的众多优点，使得太赫兹应用技术的研究已经延伸到了社会生活和生产的各个方面。在公共安全检测方面，毒品和TNT都具有其特殊的太赫兹吸收峰，由于太赫兹波可以透过一些常见的红外无法穿透的材料，如塑料包装，信封和半导体介质等无极性材料，借助于相应的太赫兹检测仪可以检测出隐藏的危险品，丰富了安检的手段和内容；在生物医学方面，太赫兹波能检测表皮生物细胞的病变情况，如皮肤烧伤面积，皮肤癌变等；在物质结构特征检测方面，由太赫兹波检测完成的图像结构还原可以实现彩色化，区域识别化，较之于X射线等强射线还原的单一灰度图像有显著的改善，同时借助CT成像技术手段，还可以实现物质样品内部结构和三维图像的重建。另一方面，太赫兹波技术较之于微波超声技术，图像得到的分辨率更高，这得益于其更短的波长。

由于发散性太赫兹光源和探测器的发展相对较慢，在一定程度上限制了太赫兹应用技术的发展。在已有的发散性太赫兹光源和探测器的基础上，不断的对发掘和改善应用技术方法，对太赫兹波的实际应用同样至关重要。目前，太赫兹成像研究主要采用扫描模式，由于受制于太赫兹波光学系统的限制，成像的分辨率～1mm，远远大于根据瑞利判据计算的理论分辨率，所以分辨率的提高和优化对于成像类应用技术而言就显得格外重要。

本发明的发明人经过长期对THz波成像系统以方法研究，提出了一种关于提高太赫兹波扫描成像分辨率的系统及方法，对于常见的太赫兹波扫描模式成像而言，使成像的分辨率得到显著提高，有利于太赫兹成像技术及其应用的发展。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太赫兹波扫描成像系统及方法，用于解决现有技术中太赫兹波扫描成像系统及方法分辨率较低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种太赫兹波扫描成像系统，至少包括：

发散性太赫兹光源汇聚模块，用于将发散性太赫兹光源发射的太赫兹信号进行收集及汇聚，并将汇聚的太赫兹信号传输给共焦-滤波光路模块；

共焦-滤波光路模块，包括：

第一孔径光阑，用于对汇聚的太赫兹信号进行滤波，消除杂散光；

第一聚光元件，用于将经过所述第一孔径光阑滤波的太赫兹信号汇聚至样品处；

第二聚光元件，用于收集并汇聚经过样品透射或反射的携带样品信息的太赫兹信号；

第二孔径光阑，用于对携带样品信息的太赫兹信号进行滤波以增强所述太赫兹信号的对比度，并将携带样品信息的太赫兹信号传输给太赫兹信号接收模块；

太赫兹信号接收模块，用于提取携带样品信息的太赫兹信号后产生响应信号，该响应信号用于后续的图像还原。

作为本发明的太赫兹波扫描成像系统的一种优选方案，所述发散性太赫兹光源汇聚模块包括：

发散性太赫兹光源，用于产生发散性的太赫兹信号；

第一离轴抛物镜，用于收集经所述发散性太赫兹光源射出的太赫兹信号，并使该太赫兹信号反射至第二离轴抛物镜；

第二离轴抛物镜，用于接收经所述第一离轴抛物镜反射过来的太赫兹信号，并使该太赫兹信号反射并汇聚至所述焦-滤波光路模块。

进一步地，所述发散性太赫兹光源的发光频率范围为1～10THz，其发光类型为单频、多频或广谱，其发散角大于或等于10°。

作为本发明的太赫兹波扫描成像系统的一种优选方案，所述第一聚光元件与第二聚光元件相对于样品呈对称分布且共焦平面。

作为本发明的太赫兹波扫描成像系统的一种优选方案，所述第一孔径光阑设置于所述第一聚光元件一侧的焦平面处，其小孔设置于所述第一聚光元件一侧的焦点处；所述第二孔径光阑设置于所述第二聚光元件的一侧焦平面处，其小孔设置于所述第二聚光元件一侧的焦点处。

作为本发明的太赫兹波扫描成像系统的一种优选方案，所述第一孔径光阑及第二孔径光阑孔径均为2.5r～5r，其中，r＝0.44λ/nsinθ，λ为信号波长，n为光线传输介质的折射率，θ为光学系统的物镜孔径角。

作为本发明的太赫兹波扫描成像系统的一种优选方案，所述太赫兹信号接收模块包括：

第三离轴抛物镜，用于收集从所述共焦-滤波光路模块射出的携带样品信息的太赫兹信号并反射至第四离轴抛物镜；