高效率近场太赫兹单像素成像技术研究

发布时间：2020-12-13 08:41

　　太赫兹（Terahertz,THz）波是指频率为0.1-10 THz的电磁辐射（对应波长为3 mm-30μm）。它处于电磁波谱中电子学向光子学过渡的特殊位置而具有透视性、安全性、光谱分辨等特性。太赫兹成像因其特性而广泛用于安防检测、工业检查和生物医疗等领域。在传统的太赫兹成像系统中,通过对样品逐点扫描进行成像,导致成像时间长,系统不稳定等问题。目前,尽管太赫兹面阵探测器已经有了很大的进步,但商用的太赫兹相机对于大多数研究者来说仍然较为昂贵。因此,探索先进的太赫兹成像技术是科研工作者的研究重点。近年来,单像素计算成像发展迅速,已成为光学领域重要的研究热点之一。单像素计算成像是通过单点探测器采集空间编码目标图像的强度,并结合已知的编码图案反算出图像信息。单像素计算成像的关键部件是空间光调制器和重建算法。遗憾的是,商用的空间光调制器均工作于可见光和红外波段,并不能直接应用于太赫兹波段。虽然光控半导体技术能通过改变载流子的空间分布实现对太赫兹波的调制,但是基于传统本征半导体的太赫兹光控调制效率普遍不高,直接影响了成像质量,研究高效太赫兹光控调制器是提高单像素太赫兹成像质量的重要环节。在太赫兹单... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省

【文章页数】：101 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

传统太赫兹成像系统构架[46]

由于传统的太赫兹单像素成像系统的成像速度慢、扫描面积小,以及在许多情况下需要对样品本身进行机械光栅扫描,这些都限制了该成像方案在实际中的应用。借鉴丰富的光学成像经验,引入快速扫描器件和优化光路设计可以极大提高太赫兹成像的效率。从1926年第一台实验电视发明以来,Nipkow磁盘就被用于快速扫描成像系统[47],结合均匀的光场照明和单点探测,能够快速形成图像信号。由于太赫兹波无法透过金属,格拉斯哥大学研究团队[48]发明了一种基于金属Nipkow磁盘的太赫兹单像素成像系统(如图1.3),24条扫描线的Nipkow磁盘能提供2毫米∕像素的轴向分辨率。但是由于金属孔径小,造成太赫兹辐射能量下降,图像噪声较大。为此,他们升级了Nipkow磁盘[49](如1.4),提出了一种新颖的Nipkow磁盘设计太赫兹单像素成像应用。在100毫米高电阻率硅片使用光刻工艺制作了菲涅耳透镜,相比传统孔洞式Nipkow磁盘,该方法使得太赫兹的透过率增加了12倍,可以应用于低功率太赫兹源和探测器上。

但是由于金属孔径小,造成太赫兹辐射能量下降,图像噪声较大。为此,他们升级了Nipkow磁盘[49](如1.4),提出了一种新颖的Nipkow磁盘设计太赫兹单像素成像应用。在100毫米高电阻率硅片使用光刻工艺制作了菲涅耳透镜,相比传统孔洞式Nipkow磁盘,该方法使得太赫兹的透过率增加了12倍,可以应用于低功率太赫兹源和探测器上。由于菲涅尔镜头的聚焦能力,像素分辨率优于0.5毫米。虽然该方式能够快速形成太赫兹图像,但是图像分辨率取决于Nipkow磁盘的尺寸和孔径的大小,机械扫描成像系统的高复杂度和操控性限制了成像的需求。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Optically induced abnormal terahertz absorption in black silicon[J]. 翟东为,刘海玲,Xxx Sedao,杨玉平.  Chinese Physics B. 2018(02)
[2]PMI泡沫复合材料的太赫兹谱特性实验研究[J]. 邢砾云,崔洪亮,施长城,韩晓惠,张紫茵,李薇,马宇婷,郑妍,张松年.  光谱学与光谱分析. 2015(12)
[3]连续太赫兹成像系统对多层蜂窝样件无损检测的实验研究[J]. 杨振刚,刘劲松,王可嘉.  光电子.激光. 2013(06)



本文编号：2914264