[发明专利]一种基于相干层析的太赫兹成像装置

说明书

本发明公开了一种基于相干层析的太赫兹三维成像装置，该装置包括太赫兹源、太赫兹波准直系统、迈克尔逊干涉系统和探测系统，准直系统对太赫兹源产生的波进行准直，迈克尔逊干涉系统用于将准直后的太赫兹波入射到分束镜上分为样品光和参考光，通过参考臂的扫描和样品台的移动，改变参考光和样品光的光程差，实现了对样品的不同部位、不同深度的扫描；探测系统用于对干涉信号进行探测处理，并控制参考臂上下扫描和样品臂左右扫描，实现太赫兹相干层析成像。本发明利用宽频太赫兹的弱相干原理，可以实现对待测样品的高精度三维图像重构，具有较高的纵向分辨率和更加广泛的应用领域，尤其是在高精度的材料无损探测领域具有非常巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及太赫兹相干层析成像技术领域，具体涉及一种基于相干层析的太赫兹成像装置及方法。

背景技术

太赫兹波在电磁频谱中位于红外和微波之间，也称为亚毫米波。相对红外和微波，这一波段的研究相对落后。由于较低的单光子能量和对大部分非金属材料具有较高的穿透性能等特点，近几十年来逐渐引起了人们的研究热潮。自1995年Hu等人首次利用太赫兹辐射进行二维成像实验以来，太赫兹成像技术受到世界许多研究人员的关注。2002年，B.Ferguson等人将X射线波段的层析成像技术移植到太赫兹波段，提出太赫兹三维层析成像的概念。该技术原理是一束太赫兹波穿透被成像物体后，然后通过平移和转动，是太赫兹以不同位置和不同角度穿透被成像物体，通过Radon变换计算物体吸收率的空间分布，实现对物体三维重构。但是，在某些场合，待成像物体无法绕轴旋转，应用受到极大的限制。2009年，德国synview公司报道了一种基于连续太赫兹波的三维成像技术。该技术使用一个中心频率为300GHz的返波管作为太赫兹源，利用电学调制的方法测量不同反射波到达探测器所需的时间，计算待测物体离探测器的相对距离，实现对待测物体的三维重构。由于所使用的是单频长波长的太赫兹源，考虑到衍射极限的限制，该技术的最佳纵向分辨率为0.5mm，对于某些需要高精度测量的应用领域是不够的。2002年伦斯勒理工学院张希成领导的科研团队提出太赫兹时域光谱成像，可以给出物体表面形貌或不同层面的三维结构，但它并非是一项完全的三维成像技术，它无法显示物体内部非层状的结构分布。综上所述，现有的太赫兹三维成像系统尚存在纵向分辨率不高的问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供一种基于相干层析的太赫兹成像装置，用于实现高精度的材料三维无损探测和生物组织层析成像等领域，克服现有技术存在的纵向分辨率较低问题。

本发明提出一种基于相干层析的太赫兹成像装置，包括太赫兹源、光准直系统、迈克尔逊干涉系统和探测系统；其中：

所述太赫兹源为宽频太赫兹源，用于提供宽频带太赫兹波；

所述准直系统用于对太赫兹波进行准直，送入斩波器；

所述斩波器，设在准直系统和迈克尔逊干涉系统之间的光路上，用于将太赫兹波周期性地送入迈克尔逊干涉系统；

所述迈克尔逊干涉系统包括分束器、太赫兹反射镜组和样品镜组；其中：斩波器、分束器和样品镜组依序设置在同一光路，斩波器为太赫兹波入口端；所述太赫兹反射镜组设在分束器的反射光路上，作为参考臂；太赫兹反射镜组用于实现对分束器传来的波束同相反射，作为参考光；参考臂可垂直上下移动，从而改变参考光与样品光之间的光程；

所述样品镜组设在分束器相对于斩波器的另一侧，其包括反射镜和载物台，作为样品臂，用于提供样品光通道；所述载物台用于放置待测样品，载物台可以在其自身所处二维平面上移动；

所述探测系统设在太赫兹反射镜组相对于分束器的另一侧，与反射镜组、分束器设置在同一光路；所述探测系统包括探测器和锁相放大器，探测器用于探测从迈克尔逊干涉系统输出的太赫兹信号；所述锁相放大器，其参考信号通道接与斩波器同频同相的信号，其测量信号通道连探测器输出端，用于放大探测器输出的微弱电信号；