[发明专利]一种基于双光频梳光源的太赫兹高光谱成像系统

说明书

本发明公开了一种基于双光频梳光源的太赫兹高光谱成像系统，解决当前太赫兹时域光谱技术面成像扫描时间长、太赫兹成像技术无法对物体宽太赫兹谱信息成像，以及高光谱技术无法在太赫兹频段成像的问题。该系统包括单频激光器、光学分束器、第一光频梳光源、第二光频梳光源、光学耦合器、太赫兹光电探测器、太赫兹天线以及太赫兹相机；单频激光器出射的激光经第一光频梳光源、第二光频梳光源后产生两路光频梳信号与单频信号光在光学耦合器内相互拍频后被太赫兹光电探测器接收后输出两种太赫兹的频率梳至太赫兹天线，接着由太赫兹天线辐射到待测物品表面；太赫兹相机通过各个像素阵元输出的电信号获取待测物品的吸收谱或者反射谱信息。

技术领域

本发明涉及微波光子、太赫兹及高光谱成像领域，特别涉及一种基于双光频梳光源的太赫兹高光谱成像系统。

背景技术

太赫兹波是处于微波与红外光之间的电磁波，频率在0.1THz到10THz范围之间，波长在0.03到3mm范围之间。由于物质的THz光谱包含丰富的物理和化学信息,使得其在基础研究、工业生产及军事应用领域具有深远研究价值和重要的应用前景。

当前太赫兹应用主要包含两个方面：太赫兹时域光谱和太赫兹成像。太赫兹时域光谱技术的基本原理是：利用飞秒脉冲产生并探测时间分辨的THz电场，通过傅立叶变换获得被测物品的光谱信息，相关记载详见文献【Neu,Jens,and Charles A.Schmuttenmaer.Tutorial:An introduction to terahertz time domain spectroscopy(THz-TDS).Journal of Applied Physics 124.23(2018): 231101.】。然而当前太赫兹时域光谱技术只能实现针对物品单点的光谱分析，如果要实现对物体整面的光谱分析需要使用双轴位移台进行扫描分析，扫描成像需要的时间较长，无法实时成像，且随着空间分辨率的提高及扫描面积的加大，所需要的时间越长，使得这种方式的发展在很多应用中受到限制。

太赫兹成像技术也是利用太赫兹射线照射被测物，通过物品的透射或反射获得样品的信息，进而成像，相关记载详见文献【Federici,JohnF.,etal. THz imaging andsensing for security applications—explosives,weapons and drugs.Semiconductor Science and Technology 20.7(2005):S266.】。然而太赫兹成像技术仅仅利用单频或者窄带的太赫兹信号进行成像，不能像太赫兹时域光谱技术一样实现对物体宽太赫兹谱信息的成像。高光谱成像技术在对物体进行成像的同时在光谱的维度进行了细致的分割，综合了太赫兹时域光谱和太赫兹成像两者的优点，不但能得到物体轮廓图像还能得到物体在每一个光谱频段的光谱信息，相关记载详见文献【Shippert,Peg.Introduction to hyperspectral imageanalysis.Online Journal of SpaceCommunication 2.3 (2003):8.】。然而，目前的高光谱成像技术仅仅能够在光学频段进行，无法在太赫兹频段进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双光频梳光源的太赫兹高光谱成像系统，利用双相干光频梳技术实现物体的高光谱太赫兹成像，解决当前太赫兹时域光谱技术面成像扫描时间长、太赫兹成像技术无法对物体宽太赫兹谱信息成像，以及高光谱技术无法在太赫兹频段成像的问题。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于双光频梳光源的太赫兹高光谱成像系统，包括单频激光器、光学分束器、第一光频梳光源、第二光频梳光源、光学耦合器、太赫兹光电探测器、太赫兹天线以及太赫兹相机；

单频激光器出射的激光经光学分束器后分为三路信号光，第一路单频信号光通过第一光频梳光源后产生第一光频梳信号进入光学耦合器；第二路单频信号光直接进入光学耦合器；第三路单频信号光通过第二光频梳光源后产生第二光频梳信号进入光学耦合器；