[发明专利]基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置及方法，本发明仅采用用于减少菲涅尔反射、物体不均匀漫散射等缺点的反射窗口，实现在采样阶段最大程度的增大信号振幅，提高成像信噪比。本发明将干涉理论应用到反射式成像中，通过理论计算选择合适的反射窗口厚度，实现成像信号强度的提升，提高成像信噪比，简易方便且成像质量好。

技术领域

本发明涉及太赫兹波成像领域，尤其涉及一种基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置及方法。

背景技术

太赫兹(Terahertz，简称THz，1THz＝10¹²Hz)辐射是指频率从0.1THz到10THz，相应的波长从3毫米到30微米，介于毫米波与红外光之间频谱范围相当宽的电磁波谱区域。太赫兹辐射在电磁波谱中所处的特殊位置赋予了其一系列特殊的性质，这使得太赫兹技术可以应用到生物医学检测、物质特性研究、安检等领域。在太赫兹波相关技术中，太赫兹波成像作为其研究热点之一更是取得了一系列成果。目前，在生物医学领域，太赫兹波成像技术已实现多种病灶识别，如皮肤癌、肝癌、乳腺癌、脑胶质瘤等。其中，生物医学领域最常用的成像方式为反射式成像。

然而，反射式成像技术存在菲涅尔反射、物体不均匀漫散射等缺点，这会导致反射成像信号强度降低，进而降低成像信噪比，严重影响成像质量。此外，太赫兹热辐射探测器受外界环境影响严重，在信噪比较低的情况下，会导致成像结果产生误差的可能性剧增或直接产生较大误差。特别是在太赫兹生物医学光谱成像领域，由于样品表面较为粗糙，需要在样品表面加反射窗口以减小漫反射的影响。

目前，常见的用于太赫兹生物医学光谱成像的太赫兹辐射源包括：太赫兹时域光谱仪(THz-TDS)、反向波振荡器(BWO)、耿式震荡器、基于CO2激光器泵浦气体材料的远红外激光器、基于非线性光学效应的差频源或参量震荡源等。太赫兹时域光谱仪等脉冲源可以同时测量物体的振幅与相位信息，但由于能量分布在太赫兹脉冲的整个带宽上，在窄带频率上的信噪比(SNR)通常很低，峰值信号幅值与时域数据的噪声级之比可能非常大，严重影响成像质量。

当前，通过改进算法恢复出原信号的方法也取得了一定效果，然而其计算繁琐且只是以一定概率恢复输出。基于反向波振荡器(BWO)、耿式震荡器、CO2激光器泵浦的远红外激光器、差频源或参量震荡源仅能获得物体的强度信息，其通过提高太赫兹辐射源的功率在一定程度上降低了外界环境的噪声影响，但是对于吸收较大的样品，其信噪比很难提高。因此太赫兹反射式成像急需一种能够在采样阶段就能提高样品采样的信噪比以达到高质量成像样品的方法。

发明内容

本发明提供了一种基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置及方法，本发明提出通过理论计算选择适合太赫兹反射式成像的反射窗口厚度，在采样阶段最大程度的增大信号振幅，提高成像信噪比，详见下文描述：

基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置，所述装置包括：

太赫兹波平面反射镜、第一太赫兹波离轴抛物面镜、第二太赫兹波离轴抛物面镜、第三太赫兹波离轴抛物面镜依次设置在太赫兹波的出射光路上；

第一太赫兹波离轴抛物面镜用于将输出的太赫兹波聚焦入射到反射窗口上；第二太赫兹波离轴抛物面镜设置在放样品装置的信号光出射光路上，用于接收信号光太赫兹波；第三太赫兹波离轴抛物面镜设置在太赫兹波探测前，用于接收并聚焦信号光太赫兹波进入探测器；

探测器设置在第三太赫兹波离轴抛物面镜的信号光出射光路上，收集第三太赫兹波离轴抛物面镜的反射光；

反射窗口为对太赫兹波高透的材料，其固定于二维扫描平台上，用于放置待测成像样品。

进一步地，所述太赫兹辐射源为连续或脉冲的太赫兹辐射源。

其中，所述太赫兹波平面反射镜、第一太赫兹波离轴抛物面镜、第二太赫兹波离轴抛物面镜、第三太赫兹波离轴抛物面镜，均镀太赫兹波段的宽带高反膜。