【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求分别于2013年12月4日以及2014年6月4日以弗拉基米尔G.柯兹洛夫(Vladimir·G.Kozlov)和帕特里克F.泰卡韦茨(Patrick·F.Tekavec)之名提交的美国临时申请号61/912,004和62/007,904的优先权，所述临时申请两者如同在此完整阐述的那样通过引用结合在此。本专利技术是在美国国家科学基金会(NationalScienceFoundation)授予的编号为NSFSBIR7324191的合同下利用政府支持完成的。美国政府在本专利技术中具有某些权利。
本专利技术的领域涉及使用太赫兹频率辐射进行成像。具体地，披露了用于太赫兹图像的高对比度、近实时采集的多种系统和方法。
技术介绍
之前已经披露了用于使用太赫兹频率辐射进行生成、检测或成像的多种系统和方法。这些系统和方法中的一些系统和方法被披露于以下专利中：-1997年4月22日授权给努斯(Nuss)的题为“用于太赫兹成像的方法和设备(Methodandapparatusforterahertzimaging)”的美国专利号5,623,145(朗讯科技有限公司)；-1998年1月20授权给努斯(Nuss)的题为“用于太赫兹成像的方法和设备(Methodandapparatusforterahertzimaging)”的美国专利号5,710,430(朗讯科技有限公司)；-1998年8月4日授权...
【技术保护点】
一种用于采集对象的经上变换的太赫兹图像的方法，该方法包括：(a)用太赫兹成像光束来照射该对象，该太赫兹成像光束由在约0.1THz与约10THz之间的太赫兹频率、太赫兹带宽、太赫兹平均功率、太赫兹峰值功率、太赫兹脉冲持续时间以及脉冲重复率来表征；(b)收集该太赫兹成像光束的通过或围绕该对象透射或者从该对象反射或散射的至少一部分，并且引导此部分作为太赫兹图像光束透射通过非线性光学介质，其中，该太赫兹图像光束由在该非线性光学介质处的太赫兹图像光束尺寸来表征；(c)引导上变换光束传播通过该非线性光学介质，其中，该上变换光束在该非线性光学介质中至少部分地与该太赫兹图像光束在空间上相重叠，并且由上变换波长、上变换带宽、上变换平均功率、上变换峰值功率、脉冲率、以及在该非线性光学介质处的上变换光束尺寸来表征；(d)通过在该非线性光学介质中对该太赫兹图像光束与该上变换光束进行的非线性光学相互作用来对该太赫兹图像光束的至少一部分进行上变换，以形成由通过该太赫兹图像光束与该上变换光束之间的合频生成或差频生成而产生的一个或两个波长所表征的经上变换的图像光束；(e)使用图像检测器接收该经上变换的图像光束的至少一...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.04 US 61/912,004;2014.06.04 US 62/007,9041.一种用于采集对象的经上变换的太赫兹图像的方法，该方法包括：
(a)用太赫兹成像光束来照射该对象，该太赫兹成像光束由在约0.1THz
与约10THz之间的太赫兹频率、太赫兹带宽、太赫兹平均功率、太赫兹峰值功
率、太赫兹脉冲持续时间以及脉冲重复率来表征；
(b)收集该太赫兹成像光束的通过或围绕该对象透射或者从该对象反射或
散射的至少一部分，并且引导此部分作为太赫兹图像光束透射通过非线性光学
介质，其中，该太赫兹图像光束由在该非线性光学介质处的太赫兹图像光束尺
寸来表征；
(c)引导上变换光束传播通过该非线性光学介质，其中，该上变换光束在
该非线性光学介质中至少部分地与该太赫兹图像光束在空间上相重叠，并且由
上变换波长、上变换带宽、上变换平均功率、上变换峰值功率、脉冲率、以及
在该非线性光学介质处的上变换光束尺寸来表征；
(d)通过在该非线性光学介质中对该太赫兹图像光束与该上变换光束进行
的非线性光学相互作用来对该太赫兹图像光束的至少一部分进行上变换，以形
成由通过该太赫兹图像光束与该上变换光束之间的合频生成或差频生成而产生
的一个或两个波长所表征的经上变换的图像光束；
(e)使用图像检测器接收该经上变换的图像光束的至少一部分，并且用该
图像检测器检测由该经上变换的图像光束在该图像检测器处形成的经上变换的
图像；并且
(f)使用图像滤波元件允许少于该上变换光束的约108分之一部分到达该
图像检测器，
(g)其中，该脉冲重复率大于约1MHz，该上变换波长在约400nm与约
3500nm之间，该上变换带宽小于约5nm，该上变换脉冲持续时间小于约100ps。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该脉冲重复率在约50MHz与约150
MHz之间，该上变换波长在约1000nm与约1100nm之间，该上变换带宽小于
约2nm，并且该上变换脉冲持续时间小于约10ps。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括使用包括腔内太赫兹生成介质
的同步泵浦光学参量振荡器来生成该太赫兹成像光束，其中，腔内信号和闲频
光束在该太赫兹生成介质中通过差频生成来生成该太赫兹成像光束。
4.如权利要求3所述的方法，其中，该腔内太赫兹生成介质包括针对该
腔内信号和闲频光束的准相位匹配差频生成所安排的具有两个或更多个非线性
光学材料光学接触板的堆叠。
5.如权利要求1所述的方法，其中，该图像滤波元件包括一个或多个波长
相关的滤波器。
6.如权利要求5所述的方法，其中，该一个或多个波长相关的滤波器中
的至少一个滤波器包括具有在该上变换波长与这些经上变换的图像波长之一之
间的标称截止波长的短通滤波器或长通滤波器。
7.如权利要求1所述的方法，其中，该上变换光束与该经上变换的图像
光束相对于彼此被基本上正交地偏振，并且该图像滤波元件包括被安排成用于
基本上阻挡该上变换光束的一个或多个偏振片。
8.如权利要求1所述的方法，其中，该非线性光学介质被安排为使得该
非线性光学相互作用是准相位匹配过程。
9.如权利要求8所述的方法，其中，该非线性光学介质包括具有两个或
更多个非线性光学材料光学接触板的堆叠。
10.如权利要求8所述的方法，其中，该非线性光学介质包括具有6至12
个约300μm厚的GaAs光学接触板的堆叠，该太赫兹频率为约1.55THz，并且
该上变换波长为约1064nm。
11.如权利要求1所述的方法，其中，(i)第一聚焦元件收集该太赫兹成像
光束的该部分并且引导该太赫兹图像光束传播通过该非线性光学介质；(ii)该
对象与该非线性光学介质被定位在该第一聚焦元件的对应共轭平面处，从而使
得该太赫兹图像光束在该非线性光学介质处形成该对象的太赫兹图像；(iii)第
二聚焦元件收集该经上变换的图像光束的该部分并且引导该经上变换的图像光
束传播至该图像检测器；并且(iv)该非线性光学介质和该图像检测器定位在
该第二聚焦元件的对应共轭平面处，从而使得该经上变换的图像光束在该图像
检测器处形成该经上变换的图像。
12.如权利要求1所述的方法，其中，(i)由有效焦距f1表征的第一聚焦元
件收集该太赫兹成像光束的该部分并且引导该太赫兹图像光束传播通过该非线
性光学介质；(ii)该对象与该非线性光学介质各自定位在与该第一聚焦元件相
距约f1的距离处，从而使得该太赫兹图像光束在该非线性光学介质处形成该对
象的太赫兹图像的空间傅里叶变换；(iii)由有效焦距f2表征的第二聚焦元件收
集该经上变换的图像光束的该部分并且引导该经上变换的图像光束传播至该图
像检测器；并且(iv)该非线性光学介质和该图像检测器各自定位在与该第二
聚焦元件相距约f2的距离处，从而使得该经上变换的图像光束在该图像检测器
处形成该经上变换的图像。
13.如权利要求1所述的方法，其中，该图像检测器包括成像检测器阵列，
并且检测该经上变换的图像包括在该成像检测器阵列的多个相应的检测器元件
上同时接收该经上变换的图像光束的不同的空间部分。
14.如权利要求1所述的方法，进一步包括在该太赫兹图像光束与该上变
换光束的脉冲序列之间在该非线性光学介质处采集具有相应的不同时间偏移的
多个经上变换的太赫兹图像，其中，(i)该太赫兹图像光束包括该太赫兹成像
光束的从该对象反射或散射的该部分；并且(ii)该多个经上变换的太赫兹图像
中的每个经上变换的太赫兹图像对应于在该对象内的不同深度，由此使得能够
对该对象进行太赫兹断层扫描。
15.如权利要求1所述的方法，进一步包括：分离该太赫兹成像光束的一
部分以形成太赫兹参考光束；将该太赫兹参考光束与该太赫兹图像光束相组合
以共同传播通过该非线性光学介质；并且采集具有该太赫兹图像光束和该太赫
\t兹参考光束的相应的不同相对相位的多个经上变换的太赫兹图像，其中，每张
经上变换的图像的位置相关的强度至少部分地取决于该太赫兹图像光束和该太
赫兹参考光束的相应的相对相位。
16.一种用于采集对象的经上变换的太赫兹图像的设备，该设备包括：
(a)太赫兹源，该太赫兹源被安排成用于以太赫兹成像光束照射该对象，
该太赫兹成像光束由在约0.1THz与约10THz之间的太赫兹频率、太赫兹带宽、
太赫兹平均功率、太赫兹峰值功率、太赫兹脉冲持续时间以及脉冲重复率来表
征；
(b)一个或多个太赫兹光...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉基米尔·G·科兹洛夫，帕特里克·F·特卡维克，
申请(专利权)人：微技术设备有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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