CN102998261B - 一种基于太赫兹波伪热光源的成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于太赫兹波伪热光源的成像装置，包括太赫兹波参量振荡器，太赫兹波聚焦透镜，旋转的毛面硅片，太赫兹波准直透镜，太赫兹波分束器，太赫兹透射光路***和太赫兹反射光路***，以及符合测量电路。其中太赫兹透射光路***由待成像物体，太赫兹波收集透镜，太赫兹衰减片，肖特基势垒光电二极管组成；太赫兹反射光路***由太赫兹衰减片和肖特基势垒光电二极管组成。具有结构简单、操作灵活、抗干扰能力强等优点。

Description

一种基于太赫兹波伪热光源的成像装置
技术领域
本发明涉及太赫兹波光电子学技术领域，具体涉及一种太赫兹波成像装置。
背景技术
太赫兹波（THz波）是指频率在0.1-10THz范围内的电磁波（1THz=1012Hz），其波段位于电磁波谱中毫米波和远红外光之间。近年来，随着太赫兹波光电子技术迅速发展，太赫兹波成像技术方面日新月异。目前，最为常见的太赫兹波成像技术是脉冲太赫兹波时域光谱成像技术。它通过对含有成像物体信息的太赫兹波时域脉冲的傅立叶变换，就可获得到它的强度和相位的空间分布信息，进而物体的太赫兹波图像，还可获取物体的空间密度分布、折射率等信息。然而，这种太赫兹波成像***光路结构较为复杂，过多的光学元件导致其光路稳定性较差，复杂的数据处理过程导致图像获取过程不直观。
另一种常见的太赫兹波成像技术，是连续太赫兹波成像技术。这种太赫兹波成像***通过记录太赫兹波透过物体（或经物体反射）后的强度信息来实现成像，因此与时域光谱成像***相比，在成像数据采集和处理方式上较为简单、迅速，成像***结构也相对简单。这种成像技术的主要缺点是图像信息量少，在实验中太赫兹波在光路中的多次反射会发生相干叠加，导致图像中可能存在干涉条纹。
在上述两种太赫兹波成像技术中，还都存在以下不足：
（1）当携带成像物体信息的太赫兹波在空间传输时，很容易受到外界环境的随机干扰，例如空气流动、湿度变化、烟尘等，成像效果必然会受到影响，抗干扰能力较差，这就限制了这些太赫兹波成像技术在恶劣环境中的实际应用。
（2）太赫兹波成像技术中通常所使用的太赫兹波辐射源，例如基于飞秒激光器的脉冲太赫兹波源、返波管、光泵太赫兹波激光器等，有的价格昂贵，运行和维护费用高，有的体积大、操作复杂，工作稳定性有待进一步提高，限制了其实用性发展。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种结构简单、抗干扰能力强的基于太赫兹波伪热光源的成像装置。
为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：
一种基于太赫兹波伪热光源的成像装置，其特征在于，包括太赫兹波参量振荡器，太赫兹波聚焦透镜，旋转的毛面硅片，太赫兹波准直透镜，太赫兹波分束器，太赫兹反射光路***和太赫兹透射光路***，以及符合测量装置；其中：
所述毛面硅片置于太赫兹波聚焦透镜的焦点附近，毛面硅片到太赫兹波准直透镜的距离为太赫兹波准直透镜的焦距长度；
所述的太赫兹透射光路***由待成像物体，太赫兹波收集透镜，第一太赫兹衰减片和第一肖特基势垒光电二极管组成；其中，第一肖特基势垒光电二极管置于太赫兹波收集透镜的焦点上；第一太赫兹衰减片置于太赫兹波收集透镜和第一肖特基势垒光电二极管之间；
所述的太赫兹反射光路***由第二太赫兹衰减片和第二肖特基势垒光电二极管组成；其中，第二肖特基势垒光电二极管做空间平面成像扫描；第一肖特基势垒光电二极管和第二肖特基势垒光电二极管连接于符合测量装置。
本发明的基于太赫兹波伪热光源的成像装置，具有操作灵活、结构简单、抗干扰能力强等优点，可广泛用于军事侦察、遥感、生物医学成像、安全反恐、多功能传感器等领域，应用前景巨大。与现有常见的太赫兹波成像技术相比，具有以下优点：
1、在这种太赫兹成像技术中，待成像物体放置于太赫兹透射光路中，携带物体成像信息的太赫兹波被一固定的、不做空间分辨的点探测器全部接收，而在太赫兹反射光路中的点探测器做空间成像平面扫描，担任空间分辨测量任务。这样，就实现了物体与成像探测器的分离。也就是说，即使太赫兹透射光路中携带成像物体信息的光场受到外界环境的随机干扰后，仍可以在太赫兹反射光路中获得清晰的像。因此，这种太赫兹成像技术可显著提高太赫兹成像***的抗干扰能力和成像灵活性；
2、在这种基于太赫兹波伪热光源的成像技术中，由于其成像原理是基于强度涨落关联的原理，因此对太赫兹探测器的灵敏度要求较低，选择太赫兹波段的肖特基势垒光电二极管即可。
3、太赫兹波辐射源为太赫兹波参量振荡器，它具有体积小、结构简单紧凑、成本低廉、易于维护、可室温运转，并且可以产生相干性好、方向性好、线偏振、窄线宽、线偏振、高能量的脉冲太赫兹波辐射。
附图说明
图1是本发明的基于太赫兹波伪热光源的成像装置结构示意图。
图中的标记分别表示：1、太赫兹波参量振荡器，2、太赫兹波聚焦透镜，3、旋转的毛面硅片，4、太赫兹波准直透镜，5、太赫兹波分束器，6、待成像物体，7、太赫兹波收集透镜，8、第一太赫兹衰减片，9第一肖特基势垒光电二极管，10、第二太赫兹衰减片，11、第二肖特基势垒光电二极管，12、符合测量装置。
以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详述。
具体实施方式
如图1所示，本实施例给出一种基于太赫兹波伪热光源的成像装置，包括太赫兹波参量振荡器1，太赫兹波聚焦透镜2，旋转的毛面硅片3，太赫兹波准直透镜4，太赫兹波分束器5，太赫兹透射光路***和太赫兹反射光路***，以及符合测量装置12；其中：
毛面硅片3置于太赫兹波聚焦透镜2的焦点附近，毛面硅片3到太赫兹波准直透镜4的距离为太赫兹波准直透镜4的焦距长度；
太赫兹透射光路***由待成像物体6，太赫兹波收集透镜7，第一太赫兹衰减片8和第一肖特基势垒光电二极管9组成；其中，第一肖特基势垒光电二极管9置于太赫兹波收集透镜7的焦点上；第一太赫兹衰减片8置于太赫兹波收集透镜7和第一肖特基势垒光电二极管9之间；
太赫兹反射光路***由第二太赫兹衰减片10和第二肖特基势垒光电二极管11组成；其中，第二肖特基势垒光电二极管11做空间平面成像扫描；第一肖特基势垒光电二极管9和第二肖特基势垒光电二极管11连接于符合测量装置12。
本实施例中，选择MgO:LiNbO3晶体或LiNbO3晶体作为太赫兹波参量振荡器1（TPO）的工作介质，TPO具有体积小、结构简单紧凑、价格低廉、可室温运转等优点，并且可以产生连续可调谐、方向性好、相干窄线宽的太赫兹波辐射。除此之外，TPO产生的太赫兹波具有极高的线偏性，可以显著提高基于太赫兹波伪热光成像的可见度。
本实施例中，太赫兹聚焦镜2、太赫兹波准直透镜4和太赫兹波收集透镜7都是利用高密度白色聚乙烯或TPX材料制成。
太赫兹聚焦镜2对TPO产生的太赫兹波进行聚焦，在其焦点附近放置由高电阻率硅制成的毛面硅片3，并以角速度ω旋转，使得透射的太赫兹波的相干时间变短，具有伪热光的性质。相干时间要达到在太赫兹波段所使用的第一、第二肖特基势垒光电二极管（9，11）时间响应的范围。毛面硅片3与太赫兹波准直透镜4之间的距离为太赫兹波准直透镜4的焦距长度，这样使得通过旋转毛面硅片3的太赫兹伪热光变为准直的平行光束。通过调整毛面硅片3在太赫兹波聚焦镜2焦点附近的位置，以控制通过太赫兹波准直透镜4后的太赫兹伪热光光斑的大小，可以实现所成像的可见度和分辨率的最佳匹配，以适应实验的具体实际情况。
该窄带太赫兹伪热光入射至由双面抛光高电阻率硅片制成的太赫兹波分束器5上，通过改变太赫兹波入射角度，使得透射的太赫兹波和反射的太赫兹波输出能量相等，并且使得两个太赫兹波光束的光斑模式分布规律相同，两个光斑在对应的同一点上的强度涨落变化规律亦相同。
在太赫兹波分束器5透射的太赫兹波传输光路中放置待成像物体6，携带物体空间信息的太赫兹波被太赫兹波收集透镜7收集，并在其焦点上放置一固定的点探测器——工作在太赫兹波段的第一肖特基势垒二极管9进行探测。在太赫兹波收集透镜7和第一肖特基势垒光电二极管9之间放置第一太赫兹衰减片8，以防止第一肖特基势垒光电二极管9饱和。本实施例中，上述光路定义为太赫兹透射光路***。从太赫兹波分束器5到待成像物体6的距离，以及从待成像物体6到太赫兹波收集透镜7的距离不做限定。
从太赫兹波分束器5反射的太赫兹波，经过第二太赫兹衰减片10衰减后，被做空间平面成像扫描的第二肖特基势垒光电二极管11接收。本实施例中，上述光路定义为太赫兹反射光路***。从太赫兹波分束器5到第二肖特基势垒光电二极管11空间成像扫描平面的距离不做限定。
太赫兹透射光路***中的第一肖特基势垒光电二极管9和太赫兹反射光路***中的第二肖特基势垒光电二极管11的信号进入由时幅转换仪和多通道分析仪组成的符合测量装置12，并用电脑进行成像数据采集。
需要说明的是，上述以实施例是本发明的一种优选方式，应当理解为通过上述实施例用于本领域的技术人员更进一步的理解本发明，本发明不限于上述实施例，本领域的技术人员在上述实施例给出的技术方案基础上，所做出的添加和等效替换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于太赫兹波伪热光源的成像装置，其特征在于，包括太赫兹波参量振荡器(1)，太赫兹波聚焦透镜(2)，旋转的毛面硅片(3)，太赫兹波准直透镜(4)，太赫兹波分束器(5)，太赫兹透射光路***和太赫兹反射光路***，以及符合测量装置(12)；其中：
所述的太赫兹波参量振荡器(1)的工作介质为MgO:LiNbO3晶体或LiNbO3晶体；
所述毛面硅片(3)置于太赫兹波聚焦透镜(2)的焦点附近，毛面硅片(3)到太赫兹波准直透镜(4)的距离为太赫兹波准直透镜(4)的焦距长度；
所述的太赫兹透射光路***由待成像物体(6)，太赫兹波收集透镜(7)，第一太赫兹衰减片(8)和第一肖特基势垒光电二极管(9)组成；其中，第一肖特基势垒光电二极管(9)置于太赫兹波收集透镜(7)的焦点上；第一太赫兹衰减片(8)置于太赫兹波收集透镜(7)和第一肖特基势垒光电二极管(9)之间；
所述的太赫兹反射光路***由第二太赫兹衰减片(10)和第二肖特基势垒光电二极管(11)组成；其中，第二肖特基势垒光电二极管(11)做空间平面成像扫描；第一肖特基势垒光电二极管(9)和第二肖特基势垒光电二极管(11)连接于符合测量装置(12)。
2.如权利要求1所述的基于太赫兹波伪热光源的成像装置，其特征在于，所述毛面硅片(3)采用高电阻率硅制成。
3.如权利要求1所述的基于太赫兹波伪热光源的成像装置，其特征在于，所述太赫兹波分束器(5)采用双面抛光的高电阻率硅制成。
4.如权利要求1所述的基于太赫兹波伪热光源的成像装置，其特征在于，所述第一、第二肖特基势垒光电二极管(9，11)是工作在太赫兹波波段的肖特基势垒光电二极管。
5.如权利要求1所述的基于太赫兹波伪热光源的成像装置，其特征在于，所述的太赫兹波聚焦透镜(2)、太赫兹波准直透镜(4)和太赫兹波收集透镜(7)均由高密度白色聚乙烯或TPX制成。
6.如权利要求1所述的基于太赫兹波伪热光源的成像装置，其特征在于，所述的符合测量装置(12)包括时幅转换仪和多通道分析仪。
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