太赫兹二维成像系统及成像方法技术方案

本发明专利技术提供一种太赫兹二维成像系统及成像方法，所述成像系统包括太赫兹量子级联激光器模块、载物台模块、光路传输模块、数据采集模块、数据处理与图像还原模块。本发明专利技术所述成像系统采用对称型立体光路实现反射信号的接收，成像光斑小，成像信号收集效率高,减少了能量损耗，提高了成像信噪比，解决了现有的成像系统中进入探测器的入射信号强度低、干扰大、且收集效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太赫兹应用
，特别是涉及一种太赫兹二维成像系统及成像方法。
技术介绍
THz(太赫兹)成像是THz技术的重要应用方向之一，1995年，B.B.Hu和M.C.Nuss利用THz时域光谱系统实现了对新鲜树叶和集成电路的扫描成像，该工作被视为THz成像领域的里程碑，直观而清晰的透射扫描图像证明了THz波在成像领域的巨大潜力。特别的，由红外量子级联激光器(Quantumcascadelaser,QCL)发展而来的THzQCL在成像方面的潜力也引起了广泛的关注，器件具备输出功率高，单频性好和体积小易集成等特点，作为THz源被各种成像技术及系统所采用。THz波介于毫米波和红外光之间，与毫米波或微波成像相比，THz波成像可以获得更高的分辨率，因为THz波具有更短的波长；与红外相比，THz波可以穿透很多红外无法透过的材料[19–21]，如纸张，塑料，陶瓷和半导体等，完成对隐藏目标物体的成像；与在医学成像和安检成像等领域广泛应用的X射线相比，THz波具有更低的能量(1THz～4meV)，可以弥补X射线容易对人体造成辐射损伤这一明显缺点，同时对低密度物质成像的对比度又要优于X射线，基于上述优点，THz成像应用领域主要涉及隐蔽目标探测，安检成像，无损检测和癌变生物组织识别。THz成像的发展趋势是研制更加实用化的THz成像探测设备，不断向着实时性、高分辨、远距离和便携式等方向发展。采用的技术手段主要包括：优化扫描方式、合成孔径技术和阵列接收技术等。在新型THz成像技术方面，基于THzQCL(QuantumCascadeLaser，量子级联激光器)的成像技术是未来THz成像领域一个重要的发展方向之一。对于现有的太赫兹成像系统，由于在探测器与传输光路之间设置分束片，使得进入探测器的太赫兹光先经过分束片反射，由此极大降低了入射信号的强度，导致了信号具有较大的干扰，并且入射信号的收集效率也急剧下降。鉴于此，有必要设计一种新的太赫兹二维成像系统及成像方法用以解决上述技术问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种太赫兹二维成像系统及成像方法，用于解决现有的成像系统中进入探测器的入射信号强度低、干扰大、且收集效率低的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种太赫兹二维成像系统，所述成像系统包括：太赫兹量子级联激光器模块，用于向外辐射平行的太赫兹光束；载物台模块，用于承载待成像物体，并使所述待成像物体进行旋转和平移，以及将待成像物体的旋转平移二维信息发送至数据处理与图像还原模块；光路传输模块，用于将所述太赫兹量子级联激光器模块发射的平行的太赫兹光束会聚到待成像物体上，并将带有待成像物体信息的太赫兹光进行反射，形成发散的太赫兹光束，然后再将发散的太赫兹光束转换为平行的太赫兹光束传输到数据采集模块；数据采集模块，用于接收光路传输模块发送的平行的太赫兹光束，并将其会聚后转换为电信号，再将接收到的所有电信号发送至数据处理与图像还原模块，其中，所述电信号带有待成像物体信息；数据处理与图像还原模块，用于同步控制所述载物台模块和数据采集模块，以及根据所述数据采集模块采集到的电信号和所述载物台模块发送的旋转平移二维信息进行成像并显示。优选地，所述太赫兹量子级联激光器模块包括：太赫兹量子级联激光器，用于发射太赫兹光；以及内置于所述太赫兹量子级联激光器出光口的第一镜体，用于将所述太赫兹量子级联激光器发射的太赫兹波会聚为平行的太赫兹光束。优选地，所述第一镜体包括拋面镜或凸透镜中的一种。优选地，所述载物台模块包括载物台单元，以及与所述载物台单元连接的驱动器单元；其中，所述载物台单元包括：基台，与旋转平移台配合，通过驱动器单元的控制实现旋转平移台在其上的旋转与平移；以及位于所述基台上的旋转平移台，用于放置待成像物体；所述驱动器单元包括：与所述基台连接的第一电机，用于控制所述旋转平移台的旋转；与所述基台连接的第二电机，用于控制所述旋转平移台的平移；以及分别与所述第一、第二电机连接的采集器，用于采集所述待成像物体的旋转平移二维信息。优选地，所述光路传输模块包括：第一离轴拋面镜，位于所述太赫兹量子级联激光器模块的上方，用于接收所述太赫兹量子级联激光器模块发射的平行的太赫兹光束，并将其会聚到所述待成像物体上；平面镜，位于所述载物台模块与待成像物体之间，用于将带有待成像物体信息的太赫兹光反射到第二离轴拋面镜，其中，所述反射光为发散的太赫兹光束；第二离轴拋面镜，位于所述数据采集模块的下方，用于将平面镜反射的带有待成像物体信息的太赫兹光进行会聚，形成平行的太赫兹光束，并发送到数据采集模块。优选地，所述第一离轴拋面镜和所述第二离轴拋面镜与水平方向均呈45度角。优选地，所述数据采集模块包括：内置有第二镜体的探测器，用于将所述光路传输模块发送的平行的太赫兹光束经第二镜体聚集到探测器的探测元件上，并将聚集后的太赫兹光转换为电信号，发送给数据采集卡；以及与所述探测器连接的数据采集卡，用于采集探测器输出的电信号，并将采集到的所有电信号发送至数据处理与图像还原模块。优选地，所述探测器包括太赫兹量子阱探测器、Ge:Ga低温探测器、高莱盒、超导低温HEB或辐射热测定器中的一种。优选地，所述第二镜体包括凸透镜，winston锥或拋面镜中的一种。本专利技术还提供一种太赫兹二维成像系统的成像方法，所述成像方法包括：1)太赫兹量子级联激光器模块发射平行的太赫兹光束，所述平行的太赫兹光束经由光路传输模块传输并会聚至载物台模块表面的待成像物体上；2)会聚的太赫兹光扫描待成像物体的位置信息，然后通过光路传输模块将带有位置信息的太赫兹光进行反射并转换为平行的太赫兹光束传输至数据采集模块，同时数据处理与图像还原模块则控制所述载物台模块进行旋转平移，以使得会聚的太赫兹光扫描到待成像物体的全部位置信息，同时，载物台模块采集该位置信息并将采集的待成像物体的全部位置信息发送至数据处理与图像还原模块；3)数据采集模块将接收到的平行的太赫兹光束进行会聚后转换为电信号，再将接收到的所有电信号发送至数据处理与图像还原模块；4)数据处理与图像还原模块根据数据采集模块发送的电信号和载物台模块发送的旋转平移二维信息进行成像并显示。如上所述，本专利技术的太赫兹二维成像系统及成像方法，具有以下有益效果：1.本专利技术所述成像系统通过将第一镜体内置于太赫兹量子级联激光器的出光口，不仅实现了所述激光器模块直接发射平行的太赫兹光，还减小了成像系统的体积及复杂度；而且通过将传输至光路传输模块的太赫兹光设置为平行的太赫兹光束，大大减小了光的损耗。2.本专利技术所述成像系统通过将第二镜体内置与探测器的前端，不仅实现了太赫兹光的会聚，还进一步减小了成像系统的体积及复杂度。3.本专利技术所述成像系统通过太赫兹量子级联激光器模块、载物台模块、光路传输模块及数据采集模块重新设置了太赫兹光的传输路径，避免了分束片的使用，减小了光的损耗和光束干扰，提高了成像信噪比；而且通过光路传输模块将入射至数据采集模块的太赫兹光设置为平行的太赫兹光束，增大了探测器的收集效率，提高了信号强度及成像效果。附图说明图1显示为本专利技术所述成像系统的系统框图。图2显示为本专利技术所述太赫兹量子级联激光器模块的结构示意图及光路传输路径。图3a显示为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太赫兹二维成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：太赫兹量子级联激光器模块，用于向外辐射平行的太赫兹光束；载物台模块，用于承载待成像物体，并使所述待成像物体进行旋转和平移，以及将待成像物体的旋转平移二维信息发送至数据处理与图像还原模块；光路传输模块，用于将所述太赫兹量子级联激光器模块发射的平行的太赫兹光束会聚到待成像物体上，并将带有待成像物体信息的太赫兹光进行反射，形成发散的太赫兹光束，然后再将发散的太赫兹光束转换为平行的太赫兹光束传输到数据采集模块；数据采集模块，用于接收光路传输模块发送的平行的太赫兹光束，并将其会聚后转换为电信号，再将接收到的所有电信号发送至数据处理与图像还原模块，其中，所述电信号带有待成像物体信息；数据处理与图像还原模块，用于同步控制所述载物台模块和数据采集模块，以及根据所述数据采集模块采集到的电信号和所述载物台模块发送的旋转平移二维信息进行成像并显示。

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹二维成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：太赫兹量子级联激光器模块，用于向外辐射平行的太赫兹光束；载物台模块，用于承载待成像物体，并使所述待成像物体进行旋转和平移，以及将待成像物体的旋转平移二维信息发送至数据处理与图像还原模块；光路传输模块，用于将所述太赫兹量子级联激光器模块发射的平行的太赫兹光束会聚到待成像物体上，并将带有待成像物体信息的太赫兹光进行反射，形成发散的太赫兹光束，然后再将发散的太赫兹光束转换为平行的太赫兹光束传输到数据采集模块；数据采集模块，用于接收光路传输模块发送的平行的太赫兹光束，并将其会聚后转换为电信号，再将接收到的所有电信号发送至数据处理与图像还原模块，其中，所述电信号带有待成像物体信息；数据处理与图像还原模块，用于同步控制所述载物台模块和数据采集模块，以及根据所述数据采集模块采集到的电信号和所述载物台模块发送的旋转平移二维信息进行成像并显示。2.根据权利要求1所述的太赫兹二维成像系统，其特征在于，所述太赫兹量子级联激光器模块包括：太赫兹量子级联激光器，用于发射太赫兹光；以及内置于所述太赫兹量子级联激光器出光口的第一镜体，用于将所述太赫兹量子级联激光器发射的太赫兹波会聚为平行的太赫兹光束。3.根据权利要求2所述的太赫兹二维成像系统，其特征在于，所述第一镜体包括拋面镜或凸透镜中的一种。4.根据权利要求1所述的太赫兹二维成像系统，其特征在于，所述载物台模块包括载物台单元，以及与所述载物台单元连接的驱动器单元；其中，所述载物台单元包括：基台，与旋转平移台配合，通过驱动器单元的控制实现旋转平移台在其上的旋转与平移；以及位于所述基台上的旋转平移台，用于放置待成像物体；所述驱动器单元包括：与所述基台连接的第一电机，用于控制所述旋转平移台的旋转；与所述基台连接的第二电机，用于控制所述旋转平移台的平移；以及分别与所述第一、第二电机连接的采集器，用于采集所述待成像物体的旋转平移二维信息。5.根据权利要求1所述的太赫兹二维成像系统，其特征在于，所述光路传输模块包括：第一离轴拋面镜，位于所述太赫兹量子级联激光器模块的上方，用于接收所述太赫兹量子级联激光器模块发射的平行的太赫兹光束，并将其...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱付成，谭智勇，李孟奇，王长，曹俊诚，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31