[实用新型]一种扇形束太赫兹层析成像系统

说明书

本实用新型公开了一种扇形束太赫兹层析成像系统，包括依光路方向同轴设置的太赫兹发射源、斩波器、波束传输单元、样品台和太赫兹探测阵列，太赫兹发射源发射的连续太赫兹通过斩波器、波束传输单元形成扇形束太赫兹波束。本实用新型的扇形束太赫兹层析成像系统具有耗时短、数据准确和景深大的特点。

技术领域

本实用新型涉及太赫兹成像技术领域，具体是指一种扇形束太赫兹层析成像系统。

背景技术

太赫兹(Terahertz, THz)波在电磁波谱中介于微波和红外波之间，兼具了微波和红外波的特点。太赫兹波能穿透绝大多数介电材料如纸张、木材、针织物和非极性液体等。电磁波谱中的X射线、红外波和微波均被广泛应用于各种成像系统中，针对同种材料，太赫兹波的穿透能力优于红外波；当成像原理相同时，太赫兹成像的分辨率高于微波。太赫兹波具有极低的光子能量，不会引起有害的电离反应，相比于X射线成像系统具有安全性。因此太赫兹成像可以作为现有成像技术的补充，应用于无损检测、安全检查和医疗诊断等领域。

目前，太赫兹波层析成像系统均采用了会聚的线形波束对样品进行光栅扫描，采集数据的具体方式如下：太赫兹发射源出射的太赫兹波束首先经过凸透镜或离轴抛物面镜被会聚成入射到样品上的一个点，通过样品的透射波束再次经过凸透镜或离轴抛物面镜被会聚到探测器中。样品被固定在包含两个直线步进电机和一个旋转步进电机的位移平台上，要想获得样品的3D图像，需要样品在与波束传播方向垂直的平面内进行二维平移和样品与波束之间的相对旋转。

现有的太赫兹波CT成像系统主要采用光栅扫描方式进行数据采集。具体实施方式分为等距离间隔和等时间间隔两类。如果按等距离间隔进行数据采集，则需要样品和波束每一次相对平移都停止下来采集一次数据，耗时非常久。因此常用的实施方式为等时间间隔进行数据采集，即便如此，耗时依然是限制太赫兹CT推广的一个关键因素，比如获取一个横截面的投影数据耗时45 min。此外，步进电机的加速和减速会导致采集的投影数据与理想投影数据产生错位。样品与波束的相对平移会导致成像系统不稳定。采用振镜替换直线步进电机可以有效地减少数据采集时间，但振镜振动依然存在加速和减速过程，得到的投影数据与理想投影数据间依然存在错位。现有的成像系统还存在器件繁多、结构复杂，搭建系统所需成本较高等缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种扇形束太赫兹层析成像系统，具有耗时短、数据准确和景深大的特点。

本实用新型可以通过以下技术方案来实现：

本实用新型公开了一种扇形束太赫兹层析成像系统，包括依光路方向同轴设置的太赫兹发射源、斩波器、波束传输单元、样品台和太赫兹探测阵列，太赫兹发射源发射的连续太赫兹通过斩波器、波束传输单元形成扇形束太赫兹波束，样品台为可平移、旋转的活动式设置。

进一步地，波束传输单元包括平行间隔设置的第一柱面镜和第二柱面镜。第一柱面镜用于对从太赫兹发射源发出的波束在某一个方向上进行准直，第二柱面镜用于对准直后的波束在同一个方向上进行会聚，会聚后的波束即为太赫兹扇形波束。

进一步地，波束传输单元包含单个柱面镜、衍射元件和/或等离子体，在功能上可实现对太赫兹波束进行某一个方向上的会聚。

进一步地，太赫兹探测阵列位于太赫兹扇形波束的平面内，太赫兹探测阵列中心与太赫兹波束的中心轴线垂直相交。

进一步地，样品台上设有直线步进电机和旋转步进电机，旋转步进电机固定设置在直线步进电机的输出轴上。直线步进电机用于实现旋转步进电机和样品的同步平移，旋转步进电机用于实现样品的旋转。

进一步地，扇形束太赫兹层析成像系统还包括依光路方向同轴设置在太赫兹探测阵列后侧的锁相放大器，锁相放大器与斩波器电性连接。

进一步地，扇形束太赫兹层析成像系统还包括数据采集模块和数据处理模块，数据采集模块分别与斩波器、数据处理模块电性连接。