[发明专利]一种基于超表面结构的太赫兹成像系统及方法

权利要求书

1.一种基于超表面结构的太赫兹成像系统，包括：太赫兹源、太赫兹探测器和图像复原模块，其特征在于，还包括空间调制超表面模块；

所述太赫兹源产生太赫兹波，太赫兹波透过成像目标后到达空间调制超表面模块，空间调制超表面模块对太赫兹波进行空间调制；

被空间调制后的太赫兹波被太赫兹探测器接收，太赫兹探测器将接收到的信号发送给图像复原模块，由图像复原模块使用压缩感知和信号复原算法实现成像目标的图像还原；

所述空间调制超表面模块包括超表面控制模块和HEMT太赫兹超表面结构，所述HEMT太赫兹超表面结构为多个HEMT开口调制单元组成的阵列，超表面控制模块通过改变各个HEMT开口调制单元的电压实现对太赫兹波的空间调制；

所述HEMT开口调制单元包括半导体衬底（1）和位于半导体衬底表面的外延层（2），外延层（2）上设置有欧姆电极（3）、肖特基电极（4）、电源和调制阵列（8）；所述调制阵列（8）由M×N个调制阵元（81）周期排列组成，其中M为调制阵元（81）纵向排列周期数， N为调制阵元（81）横向排列周期数；

每个调制阵元（81）由长度不等的两根金属杆构成，两根金属杆共线且预留开口，金属杆未开口端垂直连接栅极馈线（6），栅极馈线6）与肖特基电极（4）垂直连接；金属杆开口端通过HEMT结构（7）与源漏馈线（5）垂直连接，源漏馈线（5）垂直连接在欧姆电极（3）上；肖特基电极（4）连接电源负极，欧姆电极（3）连接电源正极。

2.根据权利要求1所述的一种基于超表面结构的太赫兹成像系统，其特征在于，还包括：第一太赫兹透镜、第二太赫兹透镜和第三太赫兹透镜，第一太赫兹透镜设置在太赫兹源与成像目标之间，第二太赫兹透镜设置在成像目标与空间调制超表面模块之间，第三太赫兹透镜设置在空间调制超表面模块与太赫兹探测器之间。

3.根据权利要求1所述的一种基于超表面结构的太赫兹成像系统，其特征在于，

所述半导体衬底（1）的材料为碳化硅，厚度为475μm；

所述外延层（2）的材料为氮化镓；

所述HEMT结构（7）的材料为AlGaN或GaN；

所述欧姆电极（3）的材料为Ni；

所述肖特基电极（4）的材料为Ti；

所述栅极馈线（6）的材料为Au，宽度为2μm，厚度为0.2μm；

所述源漏极馈线（5）的材料为Au，宽度为10μm，厚度为0.2μm。

4.根据权利要求1所述的一种基于超表面结构的太赫兹成像系统，其特征在于，所述金属杆的厚度为0.2μm，宽度为10μm，较长一根金属杆的长度为146μm，较短一根金属杆的长度为108μm。

5.根据权利要求1所述的一种基于超表面结构的太赫兹成像系统，其特征在于，还包括数据采集模块，数据采集模块采集太赫兹探测器上接收到太赫兹波信号并进行数据预处理，得到信号强度矩阵y发送给图像复原模块；

所述数据预处理过程包括：

先将太赫兹信号转换为电信号；

由SR570前置放大器对电信号进行放大；

通过SR830锁相放大器采集放大后的电信号构成信号强度矩阵y。

6.根据权利要求5所述的一种基于超表面结构的太赫兹成像系统，其特征在于，压缩感知的数学模型为：y = ΦX，

式中：y为信号强度矩阵，Φ为感知矩阵， X为待复原的图像信号。

7.根据权利要求5所述的一种基于超表面结构的太赫兹成像系统，其特征在于，信号复原算法使用正交匹配追踪算法或压缩采样匹配追踪算法。

8.一种基于超表面结构的太赫兹成像方法，应用于权利要求1-7任意一种基于超表面结构的太赫兹成像系统，其特征在于，包括：

将透过成像目标后的太赫兹波通过空间调制超表面模块进行空间调制；

采集空间调制后的太赫兹波信号并进行数据预处理；

基于数据预处理后的数据使用压缩感知和信号复原算法实现成像目标的图像还原。