[发明专利]一种基于频率转换的太赫兹波高光谱成像系统

说明书

本发明涉及一种基于频率转换的太赫兹波高光谱成像系统，属于太赫兹波光电子领域，包括激光光源、宽光谱激光产生器件、非线性频率变换器件、样品、波长转换器件、非线性太赫兹变换器件、近红外光谱分光成像器件和近红外光成像器件；非线性频率变换器件将宽谱近红外激光转换为宽谱太赫兹波照射在样品上，并携带样品的太赫兹波光谱信息和一维空间信息，与单一波长的近红外光进行非线性频率变换，新产生的近红外光信号包含了样品的太赫兹波的光谱信息和一维空间信息，经过近红外光谱分光成像器、近红外光成像器件实现高光谱成像。本发明实现了室温下太赫兹波段高速高光谱成像，弥补了当前太赫兹高光谱成像的技术空白。

技术领域

本发明涉及一种基于频率转换的太赫兹波高光谱成像系统，属于太赫兹波光电子技术领域。

背景技术

太赫兹波是一种频率单位为太赫兹的电磁波。太赫兹波的定义相对较为广泛，广义上来说，0.01THz至100THz都可以称为太赫兹波，但是太赫兹波的频率在0.1THz以下可以用电子学的方法来测量在30THz(10微米)以上可以使用远红外探测器直接测量而0.1-30THz波段范围的太赫兹波，相对来说探测技术仍未成熟。

高光谱成像是一种对信号进行测量的较新的技术方式。高光谱成像将成像技术和光谱技术相结合，可以同时获得待测样品的光谱信息和空间信息，在多种领域有着重要的应用。目前0.1-30THz波段范围的太赫兹波，尚未有对太赫兹波进行高光谱成像的方法提出。在单纯的空间成像方面，目前太赫兹波的成像方式主要以点扫描为主，并非严格意义上的成像。基于微测辐射热计的太赫兹相机，可以对太赫兹实现二维成像，但是这种太赫兹相机灵敏度低，像素数小，且对太赫兹光谱不敏感，太赫兹分光器件的缺乏也限制了这种相机应用于高光谱成像的可能。采用非线性频率变化技术可以实现对太赫兹波的二维成像，但其太赫兹频率受限于单一频率，也并非高光谱成像。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于频率转换的太赫兹波高光谱成像系统，通过利用非线性频率变换将太赫兹高光谱信息转换为近红外高光谱信息，并利用成熟的近红外高光谱成像技术实现太赫兹波的高光谱成像。本系统能够实现在室温下对太赫兹进行高光谱成像，可适用于0.1-30THz波段宽谱波长，在太赫兹波应用方面有着广泛的应用前景。

本发明采用以下技术方案：

一种基于频率转换的太赫兹波高光谱成像系统，包括激光光源、宽光谱激光产生器件、非线性频率变换器件、样品、波长转换器件、非线性太赫兹变换器件、近红外光谱分光成像器件和近红外光成像器件；

激光光源作为系统的能量供应，为宽谱近红外激光的产生和频率变换提供能量来源，宽光谱激光产生器件在激光光源的作用下产生宽谱近红外激光，非线性频率变换器件将宽谱近红外激光转换为宽谱太赫兹波，然后通过光束整形(一维聚焦等)，形成长条状，照射在样品上，通过透射或反射的方式携带样品的太赫兹波光谱信息和一维空间信息，太赫兹波光谱信息在非线性太赫兹变换器件上，与产生自波长转换器件的单一波长的近红外光进行非线性频率变换，重新转换至近红外光信号，新产生的近红外光信号包含了样品的太赫兹波的光谱信息和一维空间信息，经过近红外光谱分光成像器件产生二维空间分布的近红外高光谱信号，实现光谱的空间分离和成像并由近红外光成像器件进行数据采集和记录成数字信号，从而实现太赫兹波的高光谱成像。

本发明中，激光光源作为系统的能量供应，用来产生宽谱激光和一个窄带激光，用于产生具有相干特性的宽谱太赫兹波及其频率上转换，宽谱太赫兹波经过一维聚焦成长条状照射在样品上并携带样品光谱和空间信息，即产生太赫兹波段高光谱信号，窄带激光与太赫兹波高光谱信号在非线性太赫兹变换器件的非线性作用下产生近红外光高光谱信号，通过近红外光谱分光成像器件实现光谱的空间分离和成像，由近红外光成像器件记录成数字信号，从而实现太赫兹波的高光谱成像。