[发明专利]一种时域光谱仪的成像扫描装置及方法

说明书

一种时域光谱仪的成像扫描装置及方法，通过太赫兹辐射源产生太赫兹信号后，聚焦到被扫描样品并探测该太赫兹信号，同时对该太赫兹信号进行相干采集，最后将样品移动平台的位置信息以及对相干采集后的太赫兹信号进行电流放大后，以传输至上位机进行数据处理，并控制音圈电机及样品移动平台同步运动。由此通过控制音圈电机及样品移动平台同步运动，避免了出现因音圈电机起始位置不确定造成的图像整行偏移现象；同时获取太赫兹信号和样品移动平台的位置信息，通过对像素点作矫正，避免了连续扫描成像过程中，出现的两端拉伸、累积偏移和因丢包出现的像素点缺失现象，实现了对样品的识别及进一步精确获取样品的结构信息、物理信息以及化学信息的效果。

技术领域

本发明属于成像扫描技术领域，尤其涉及一种时域光谱仪的成像扫描装置及方法。

背景技术

太赫兹波是指频率范围为0.1THz-10THz的电磁波，相应的波长为3毫米到30微米，介于毫米波与红外之间的电磁波区域，该频域范围处于宏观电子学和微观电子学过渡的区域。太赫兹具有许多特殊性能，对生物大分子的振动和转动能级，以及对于很多非极性材料有良好的穿透性，因此可以通过特征共振和吸收对物质进行指纹识别：太赫兹光子能量比较低，不会对生物组织与细胞造成破坏，因此可以对生物进行无损检测：太赫兹时域光谱技术可以获取亚皮秒，飞秒时间分辨率，能够有效的抑制背景噪声干扰。因此，太赫兹技术在物理科学，生命科学，国防，军事等方面都有较广阔的应用前景。

太赫兹时域光谱仪是一种利用飞秒激光激发半导体表面产生太赫兹信号，利用光电接收机制进行探测，并通过电流放大电路将太赫兹变化的信号采集，是一种非常有效的相干探测技术，具有较高的信噪比，高分辨率等优点。并且，太赫兹时域光谱仪通过记录参考和透过样品或从样品反射后的太赫兹时域波形，通过傅里叶变换获取样品的频谱信息。通过移动样品平台的位置，获取样品不同位置点的太赫兹时域波形和频谱信号，即可以得到二维的太赫兹时域图像和频谱图像，从而实现物质的识别并进一步获取物质的结构信息，物理和化学信息。

然而，目前太赫兹成像技术主要分为逐点扫描成像和连续扫描成像。

逐点扫描方式可以准确获取每个像素点的太赫兹信号，但是扫描速度慢，样品移动平台的停顿和位置检测，使每个像素点时间为2s左右，完成一次检测需要几个小时甚至十几个小时，其成像时间较长，在实际应用中有较大的制约性。

连续扫描成像可以连续对一定长度的像素点进行成像，扫描时间较快，但是由于连续扫描成像时样品移动平台是连续移动的，存在以下几个问题：

1)每一扫描行的起始和停止有加减速过程，导致像素行两端拉伸。

2)每一扫描行的起始位置与音圈电机不同步，导致像素行发生整行偏移。

3)音圈电机的运动周期无法严格相等，导致像素行发生累积偏移。

4)当出现数据丢包时，导致该像素点所在行后面的像素全部前移。

因此，现有的成像扫描技术存在着连续扫描过程中出现的图像错行和图像拉伸变形的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种时域光谱仪的成像扫描装置及方法，旨在解决现有的成像扫描技术存在着连续扫描过程中出现的图像错行和图像拉伸变形的问题。

本发明第一方面提供了一种时域光谱仪的成像扫描装置，所述成像扫描装置包括：

用于产生太赫兹信号的太赫兹辐射源；

与所述太赫兹辐射源连接，用于承载被扫描样品，并使所述太赫兹信号聚焦到所述被扫描样品的样品移动平台；

与所述样品移动平台连接，用于探测穿透过或反射于所述被扫描样品的所述太赫兹信号的强度的探测单元；

与所述探测单元连接，用于对所述太赫兹信号进行相干采集并进行传输的音圈电机；以及