基于Nb5N6探测器的主动太赫兹成像探测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Nb5N6探测器的主动太赫兹成像探测系统，包括：位于载物台上的基于YIG振荡器的连续波太赫兹辐射源、基于源延迟线及延迟分束片的准光系统、Nb5N6探测器、电子学系统以及显示模块，所述准光系统包括抛物面镜、源延迟线、延迟分束片以及汇聚镜，所述电子学系统包括信号处理模块、电机控制模块以及扫描成像控制模块。本发明专利技术还公开了一种利用上述探测系统的探测方法。本发明专利技术实现采用单一太赫兹辐射源，快速的主动太赫兹成像探测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太赫兹成像探测
，具体涉及一种基于Nb5N6探测器的主动太赫兹成像探测系统及方法。
技术介绍
太赫兹(Terahertz，简称THz)波一般是指频率在0.3T到10THz(波长为30微米到1毫米)范围内的电磁波(电磁波谱参见图1)。该电磁波段介于亚毫米波和远红外之间，横跨传统电子学到光学的变迁区域，太赫兹波的理论研究则处于传统经典理论和量子跃迁理论的过渡区，其性质也因此而表现出不同于其他电磁辐射的特殊性。自然界中绝大多数物体的热辐射都在太赫兹波段，但是在20世纪80年代中期之前，由于缺乏太赫兹波段的高效率发射源和高灵敏度探测器，这一波段的电磁辐射并没有得到深入研究。超快光电子技术和低尺度半导体技术的出现及应用，为太赫兹波段提供了合适的光源和探测手段，太赫兹技术得以飞速发展。目前，由于大面阵太赫兹探测器阵列实现难度大，通常采用线列或小面阵通过扫描方式实现大视场成像。在成像和其他的一些应用领域中已经发现利用太赫兹辐射是非常有用的，因为一些物质在太赫兹谱段是可以实现“透视”的而在可见光领域则不能。这允许我们展开穿透式探测。比如说，穿透衣物探测人体携带的非法隐匿物(如刀，枪，炸药等)或者在医疗行业对皮肤癌的发现。主动太赫兹成像是成像系统通过接收物体反射的由成像系统发出的太赫兹信号，并把它转换为电信号反映在图片上，根据图片来提取目标特征信息的技术。该技术利用成像系统，通过测定目标和背景反射的太赫兹信号差就可以得到不同的太赫兹成像图片。由于太赫兹源价格昂贵，且体积较大，在目前的常见太主动太赫兹成像系统中无法实现一套系统采用多个太赫兹源的方案，考虑太赫兹阵列探测器实现难度较大在主动太赫兹成像系统中，通常采用线列或小面阵探测器配单个太赫兹源扫描的方式实现大视场成像。而采取该方案则系统成像速度受二维扫描时间的限制，一般成像速度较慢无法满足快速成像探测的目的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种基于Nb5N6探测器的主动式太赫兹成像探测系统及方法，以实现采用单一太赫兹辐射源，快速的主动太赫兹成像探测。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的第一种技术方案为：一种基于Nb5N6探测器的主动太赫兹成像探测系统，包括：位于载物台上的基于YIG振荡器的连续波太赫兹辐射源、基于源延迟线及延迟分束片的准光系统、Nb5N6探测器、电子学系统以及显示模块，所述准光系统包括抛物面镜、源延迟线、延迟分束片以及汇聚镜，所述电子学系统包括信号处理模块、电机控制模块以及扫描成像控制模块；所述连续波太赫兹辐射源向所述准光系统辐射信号；所述准光系统接收所述连续波太赫兹辐射源的辐射信号，通过抛物面镜对接收到的辐射信号准直后利用源延迟线及延迟分束片将准直的辐射信号逐点照射到被测物，利用汇聚镜将被测物反射回的辐射信号汇聚到所述Nb5N6探测器；所述源延迟线及延迟分束片由电子学系统通过电机及导轨控制实现同步运动；所述Nb5N6探测器将接收到的辐射信号转换为电信号并发送至所述电子学系统；所述信号处理模块接收所述Nb5N6探测器的输出信号并实现所述输出信号的数字化处理；电机控制模块控制所述源延迟线及延迟分束片同步运动并控制载物台一维运动实现扫描成像；扫描成像控制模块接收所述信号处理模块数字化后的图像数据，并通过信号处理模块为所述连续波太赫兹辐射源提供调制信号，接收所述电机控制模块的位置信号并向所述电机控制模块发出相应控制信号；所述扫描成像控制模块与所述显示模块连接，将成像数据及同步信息传输给显示模块。作为本专利技术的优选方案，所述载物台由所述载物台控制模块控制移动，所述源延迟线通过内部步进电机由扫描成像控制模块控制运动，所述延迟分束片由导轨控制运动，所述载物台控制模块、步进电机控制及导轨控制由所述电子学系统中的电机控制模块控制实现太赫兹成像数据的同步采集。作为本专利技术的优选方案，所述基于源延迟线及延迟分束片的准光系统包含抛物面镜，源延迟线，延迟分束片，汇聚镜。其中汇聚镜可以采用反射面汇聚镜或者透射式汇聚镜。作为本专利技术的优选方案，所述基于源延迟线及延迟分束片的准光系统中的所述源延迟线包含多个普通平面反射镜，滚筒及步进电机。将各个普通平面反射镜以倾斜45
度角的方式摆放成45度反射镜并根据系统所需扫描成像分辨率安置于滚筒上，利用中空轴步进电机控制滚筒快速滚动。所述延迟分束片包括太赫兹分束片及导轨，太赫兹分束片的参数由基于YIG振荡器的连续波太赫兹辐射源所辐射的太赫兹信号频率决定，将太赫兹分束片安装于导轨上，利用电子学模块中的电机控制模块实现普通分束片在源延迟线滚动一周时移动适当的距离以实现源延迟线及延迟分束片的同步运动作为本专利技术的优选方案，所述Nb5N6探测器为热敏型太赫兹探测器。进一步优选的，Nb5N6探测器工作温度为290K，在0.6THz时的电导率达到2.5×104S/m。作为本专利技术的优选方案，所述电子学系统包括依次级联的信号处理模块(为基于YIG振荡器的连续波太赫兹辐射源提供调制信号，接收并处理太赫兹Nb6N5探测器输出信号)，电机控制模块(控制源延迟线、延迟分束片及载物台的同步工作)，扫描成像控制模块。本专利技术采用的第二种技术方案为：一种利用上述基于Nb5N6探测器的主动太赫兹成像探测系统的探测方法，包括如下步骤：步骤一、所述基于源延迟线及延迟分束片的准光系统接收位于载物台上的基于YIG振荡器的连续波太赫兹辐射源的辐射信号，利用抛物面反射镜将辐射信号准直后，利用源延迟线及延迟分束片实现对被测物的逐点照射，最后利用汇聚镜将被测物反射回的辐射信号汇聚至所述Nb5N6探测器；步骤二、所述Nb5N6探测器将接收到的由被测物反射回的辐射信号转换为电信号并发送至所述电子学系统进行处理；步骤三、所述电子学系统控制载物台、源延迟线及延迟分束片实现对被测物的同步控制，信号处理模块获取被测物的太赫兹图像信息并将其转化为数字信号传输给显示模块，并通过显示模块显示出来。步骤四、重复上述步骤一至三的过程，实现新被测物的成像过程。作为本专利技术的优选方案，步骤一所述基于YIG振荡器的连续波太赫兹辐射源可叠加4KHz方波调制信号，并辐射0.6THz太赫兹信号。所述源延迟线及延迟分束片的准光系统中的抛面镜将辐射信号由发散光束改变为平行光束传输，再通过源延迟线及延迟分束片后由汇聚镜将平行光束汇聚至所述Nb5N6探测器。作为本专利技术的优选方案，步骤三所述电子学系统包括依次级联的信号处理模块，同步控制模块(控制源延迟线、延迟分束片及载物台的同步工作)，扫描成像控制模块。
所述信号处理模块对基于YIG振荡器的连续波太赫兹辐射源施加4K调制信号，利用Nb5N6探测器读出电路将接收到的太赫兹信号转换为电压信号，利用锁相放大滤波模块放大该电压信号，然后由采样模块将电压信号数字化。所述同步控制模块通过载物台控制模块实现载物台的垂直步进式平移以实现对被测物的扫描探测，利用电机、导轨控制模块实现源延迟线及延迟分束片的同步控制。利用扫描成像控制模块控制同步控制模块及信号处理模块，并将成像数据及同步信息传送给显示模块以使得所述显示模块实现对被测物的主动太赫兹成像。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的基于Nb5N6探测器的主动太赫兹成像探测系统及方法利用热敏型Nb5N6探本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Nb5N6探测器的主动太赫兹成像探测系统，其特征在于包括：位于载物台上的基于YIG振荡器的连续波太赫兹辐射源、基于源延迟线及延迟分束片的准光系统、Nb5N6探测器、电子学系统以及显示模块，所述准光系统包括抛物面镜、源延迟线、延迟分束片以及汇聚镜，所述电子学系统包括信号处理模块、电机控制模块以及扫描成像控制模块；所述连续波太赫兹辐射源向所述准光系统辐射信号；所述准光系统接收所述连续波太赫兹辐射源的辐射信号，通过抛物面镜对接收到的辐射信号准直后利用源延迟线及延迟分束片将准直的辐射信号逐点照射到被测物，利用汇聚镜将被测物反射回的辐射信号汇聚到所述Nb5N6探测器；所述源延迟线及延迟分束片由电子学系统通过电机及导轨控制实现同步运动；所述Nb5N6探测器将接收到的辐射信号转换为电信号并发送至所述电子学系统；所述信号处理模块接收所述Nb5N6探测器的输出信号并实现所述输出信号的数字化处理；电机控制模块控制所述源延迟线及延迟分束片同步运动并控制载物台一维运动实现扫描成像；扫描成像控制模块接收所述信号处理模块数字化后的图像数据，并通过信号处理模块为所述连续波太赫兹辐射源提供调制信号，接收所述电机控制模块的位置信号并向所述电机控制模块发出相应控制信号；所述扫描成像控制模块与所述显示模块连接，将成像数据及同步信息传输给显示模块。...

【技术特征摘要】
1.一种基于Nb5N6探测器的主动太赫兹成像探测系统，其特征在于包括：位于载物台上的基于YIG振荡器的连续波太赫兹辐射源、基于源延迟线及延迟分束片的准光系统、Nb5N6探测器、电子学系统以及显示模块，所述准光系统包括抛物面镜、源延迟线、延迟分束片以及汇聚镜，所述电子学系统包括信号处理模块、电机控制模块以及扫描成像控制模块；所述连续波太赫兹辐射源向所述准光系统辐射信号；所述准光系统接收所述连续波太赫兹辐射源的辐射信号，通过抛物面镜对接收到的辐射信号准直后利用源延迟线及延迟分束片将准直的辐射信号逐点照射到被测物，利用汇聚镜将被测物反射回的辐射信号汇聚到所述Nb5N6探测器；所述源延迟线及延迟分束片由电子学系统通过电机及导轨控制实现同步运动；所述Nb5N6探测器将接收到的辐射信号转换为电信号并发送至所述电子学系统；所述信号处理模块接收所述Nb5N6探测器的输出信号并实现所述输出信号的数字化处理；电机控制模块控制所述源延迟线及延迟分束片同步运动并控制载物台一维运动实现扫描成像；扫描成像控制模块接收所述信号处理模块数字化后的图像数据，并通过信号处理模块为所述连续波太赫兹辐射源提供调制信号，接收所述电机控制模块的位置信号并向所述电机控制模块发出相应控制信号；所述扫描成像控制模块与所述显示模块连接，将成像数据及同步信息传输给显示模块。2.根据权利要求1所述的基于Nb5N6探测器的主动太赫兹成像探测系统，其特征在于：所述Nb5N6探测器为常温热辐射型太赫兹探测器。3.根据权利要求2所述的基于Nb5N6探测器的主动太赫兹成像...

【专利技术属性】
技术研发人员：周德亮，陈健，涂学凑，康琳，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32