基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像系统及成像方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像系统及成像方法，属于成像方法与成像系统技术领域，其目的在于解决传统连续太赫兹波共焦扫描成像中相位信息缺失的问题。首先在共焦扫描系统中引入参考光；然后在样品逐点扫描成像过程中，通过移动第二平面反射镜改变光程的方式动态改变参考光波相位，等效于合成一束平面参考光；利用太赫兹单点探测器记录相干强度，从而得到像面全息图；最后利用传统离轴像面全息再现算法得到物体振幅和相位再现像。

【技术实现步骤摘要】
基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像系统及成像方法
本专利技术属于成像方法与成像系统
，涉及一种基于太赫兹波空间逐点扫描的成像系统及全息成像方法。
技术介绍
基于面阵探测器的太赫兹实时成像技术在动态成像上具有重要意义，但是与单点探测相比，面阵成像作用到物体的太赫兹波功率密度低，同时受限于当前太赫兹阵列探测器灵敏度和动态范围的问题，导致其信噪比较低，成像质量较差，因此基于扫描的成像方式在目前的太赫兹成像实际应用中依然占据着主要地位。然而，传统的连续太赫兹波共焦扫描方式只能获得强度成像，不能得到相衬图像，从而无法获得物光场的全部信息。尤其是对于弱吸收成像目标，如生物切片，其强度成像对比度低，相位信息能够更好的体现其组织结构差异。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对传统连续太赫兹波共焦扫描成像中存在的相位信息缺失的问题，提出一种基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像系统及成像方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像系统，包括太赫兹波光源、第一分束片、第二分束片、第三分束片、聚焦扫描装置、参考装置以及相干探测装置，所述参考装置包括一维电动平移台以及放置在一维电动平移台上的第二平面反射镜，所述第二平面反射镜在一维电动平移台上可沿Z轴方向平移；所述太赫兹波光源产生的平行太赫兹波光束达到第一分束片，一部分太赫兹波光束在第一分束片上产生反射后进入聚焦扫描装置并聚焦至聚焦扫描装置的成像目标上，在成像目标上产生透射后达到第三分束片形成物光；一部分太赫兹波光束依次在第一分束片、第二分束片上产生透射后入射至第二平面反射镜，并依次经第二平面反射镜、第二分束片反射达到第三分束片形成参考光；所述物光与参考光进入相干探测装置并被相干探测装置的太赫兹探测器记录。其中，所述太赫兹波光源包括太赫兹波激光器、第一离轴抛物面镜、第二离轴抛物面镜，所述太赫兹波激光器输出的太赫兹波光束依次经第一离轴抛物面镜、第二离轴抛物面镜后形成平行太赫兹波光束并达到第一分束片。其中，所述聚焦扫描装置包括第三离轴抛物面镜、成像目标、二维电动平移台、第五离轴抛物面镜、第一平面反射镜，所述成像目标放置在二维电动平移台上，且所述成像目标在二维电动平移台上可沿X轴、Y轴方向平移；经第一分束片反射后的太赫兹波光束依次进入第三离轴抛物面镜、成像目标，并聚焦至成像目标上，成像目标透射的太赫兹波光束依次经第五离轴抛物面镜、第一平面反射镜反射后达到第三分束片形成物光。其中，所述相干探测装置包括第四离轴抛物面镜、太赫兹探测器，所述物光与参考光一起经第四离轴抛物面镜反射后进入太赫兹探测器被记录。其中，所述太赫兹波激光器输出的太赫兹波为点频连续波。其中，所述太赫兹探测器为单点探测器。一种基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像方法，包括成像装置，所述成像装置包括太赫兹波光源、第一分束片、第二分束片、第三分束片、聚焦扫描装置、参考装置以及相干探测装置，所述参考装置包括一维电动平移台以及放置在一维电动平移台上的第二平面反射镜，所述第二平面反射镜在一维电动平移台上可沿Z轴方向平移；所述太赫兹波光源产生的平行太赫兹波光束达到第一分束片，一部分太赫兹波光束在第一分束片上产生反射后进入聚焦扫描装置并聚焦至聚焦扫描装置的成像目标上，在成像目标上产生透射后达到第三分束片形成物光；一部分太赫兹波光束依次在第一分束片、第二分束片上产生透射后入射至第二平面反射镜，并依次经第二平面反射镜、第二分束片反射达到第三分束片形成参考光；所述物光与参考光进入相干探测装置并被相干探测装置的太赫兹探测器记录；采用该成像装置进行成像的步骤为：步骤一、记录第二平面反射镜在Z轴上的初始位置为Z0；设置二维电动平移台在X方向和Y方向上的移动步长分别为△x和△y；步骤二、控制二维电动平移台在X和Y方向上移动成像目标，移动后的成像目标坐标记为(xi,yj)(i,j＝1…n)；每次移动后，控制一维电动平移台在Z轴上相对于初始位置Z0移动第二平面反射镜，移动距离为：其中，α和β为合成平面参考光与X轴和Y轴的夹角；然后记录太赫兹探测器的值，作为全息图H(i，j)的值，扫描完成后即获得全息图H；步骤三、根据合成平面参考光与X轴和Y轴的夹角α和β，数字合成平面参考光复振幅图像，其每点值为：其中，λ为太赫兹波激光器输出的太赫兹波的波长；步骤四、对步骤二中获得的全息图H以及步骤三中获得的合成平面参考光R采用离轴数字全息图像再现的方法获得复振幅再现结果。其中，所述太赫兹波光源包括太赫兹波激光器、第一离轴抛物面镜、第二离轴抛物面镜，所述太赫兹波激光器输出的太赫兹波光束依次经第一离轴抛物面镜、第二离轴抛物面镜后形成平行太赫兹波光束并达到第一分束片。其中，所述聚焦扫描装置包括第三离轴抛物面镜、成像目标、二维电动平移台、第五离轴抛物面镜、第一平面反射镜，所述成像目标放置在二维电动平移台上，且所述成像目标在二维电动平移台上可沿X轴、Y轴方向平移；经第一分束片反射后的太赫兹波光束依次进入第三离轴抛物面镜、成像目标，并聚焦至成像目标上，成像目标透射的太赫兹波光束依次经第五离轴抛物面镜、第一平面反射镜反射后达到第三分束片形成物光。其中，所述相干探测装置包括第四离轴抛物面镜、太赫兹探测器，所述物光与参考光一起经第四离轴抛物面镜反射后进入太赫兹探测器被记录。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中，通过在共焦扫描成像结构上引入动态改变相位的合成平面参考光，将连续太赫兹波共焦扫描成像与全息技术进行结合，通过太赫兹单点探测器获得高信噪比的像面全息图，利用傅里叶滤波再现技术获得复振幅成像结果，从而解决了传统连续太赫兹波共焦扫描成像中相位信息缺失的问题；并且该技术方案仅需要常规反射和分束元件，无需透镜，光路结构简单紧凑，非常适合太赫兹波空气中易衰减、元器件不丰富的现状；该系统基于空间扫描和高信噪比的太赫兹单点探测器，成像物体尺寸和成像视场不受限制，成像结果信噪比高，在生物医学、无损检测等领域具有潜在的应用价值。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图中标记：1-太赫兹波激光器、2-第一离轴抛物面镜、3-第二离轴抛物面镜、4-第一分束片、5-第三离轴抛物面镜、6-成像目标、7-二维电动平移台、8-第五离轴抛物面镜、9-第一平面反射镜、10-第三分束片、11-第二分束片、12-第二平面反射镜、13-一维电动平移台、14-第四离轴抛物面镜、15-太赫兹探测器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像系统，该太赫兹透射式全息成像系统在共焦扫描结构的基础上，引入参考光，通过在成像目标6空间扫描过程中利用一维电动平移台13动态移动第二平面反射镜12改变参考光相位，等效于合成了一束平面参考光(即为合成平面参考光)，采用太赫兹单点探测器逐点采集数据，形成像面全息图，然后利用傅里叶滤波方法对成像目标6实现复振幅再现。这种成像技术的关键在于根据拟合成平面光的角度，针对每一个成像扫描点，动态改变参考光光程，从而达到合成平面参考光的目的。该太赫兹透射式全息成像系统包括有太赫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像系统，其特征在于：包括太赫兹波光源、第一分束片(4)、第二分束片(11)、第三分束片(10)、聚焦扫描装置、参考装置以及相干探测装置，所述参考装置包括一维电动平移台(13)以及放置在一维电动平移台(13)上的第二平面反射镜(12)，所述第二平面反射镜(12)在一维电动平移台(13)上可沿Z轴方向平移；所述太赫兹波光源产生的平行太赫兹波光束达到第一分束片(4)，一部分太赫兹波光束在第一分束片(4)上产生反射后进入聚焦扫描装置并聚焦至聚焦扫描装置的成像目标(6)上，在成像目标(6)上产生透射后达到第三分束片(10)形成物光；一部分太赫兹波光束依次在第一分束片(4)、第二分束片(11)上产生透射后入射至第二平面反射镜(12)，并依次经第二平面反射镜(12)、第二分束片(11)反射达到第三分束片(10)形成参考光；所述物光与参考光进入相干探测装置并被相干探测装置的太赫兹探测器(15)记录。

【技术特征摘要】
1.一种基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像系统，其特征在于：包括太赫兹波光源、第一分束片(4)、第二分束片(11)、第三分束片(10)、聚焦扫描装置、参考装置以及相干探测装置，所述参考装置包括一维电动平移台(13)以及放置在一维电动平移台(13)上的第二平面反射镜(12)，所述第二平面反射镜(12)在一维电动平移台(13)上可沿Z轴方向平移；所述太赫兹波光源产生的平行太赫兹波光束达到第一分束片(4)，一部分太赫兹波光束在第一分束片(4)上产生反射后进入聚焦扫描装置并聚焦至聚焦扫描装置的成像目标(6)上，在成像目标(6)上产生透射后达到第三分束片(10)形成物光；一部分太赫兹波光束依次在第一分束片(4)、第二分束片(11)上产生透射后入射至第二平面反射镜(12)，并依次经第二平面反射镜(12)、第二分束片(11)反射达到第三分束片(10)形成参考光；所述物光与参考光进入相干探测装置并被相干探测装置的太赫兹探测器(15)记录。2.如权利要求1所述的基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像系统，其特征在于：所述太赫兹波光源包括太赫兹波激光器(1)、第一离轴抛物面镜(2)、第二离轴抛物面镜(3)，所述太赫兹波激光器(1)输出的太赫兹波光束依次经第一离轴抛物面镜(2)、第二离轴抛物面镜(3)后形成平行太赫兹波光束并达到第一分束片(4)。3.如权利要求1所述的基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像系统，其特征在于：所述聚焦扫描装置包括第三离轴抛物面镜(5)、成像目标(6)、二维电动平移台(7)、第五离轴抛物面镜(8)、第一平面反射镜(9)，所述成像目标(6)放置在二维电动平移台(7)上，且所述成像目标(6)在二维电动平移台(7)上可沿X轴、Y轴方向平移；经第一分束片(4)反射后的太赫兹波光束依次进入第三离轴抛物面镜(5)、成像目标(6)，并聚焦至成像目标(6)上，成像目标(6)透射的太赫兹波光束依次经第五离轴抛物面镜(8)、第一平面反射镜(9)反射后达到第三分束片(10)形成物光。4.如权利要求1所述的基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像系统，其特征在于：所述相干探测装置包括第四离轴抛物面镜(14)、太赫兹探测器(15)，所述物光与参考光一起经第四离轴抛物面镜(14)反射后进入太赫兹探测器(15)被记录。5.如权利要求1所述的基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像系统，其特征在于：所述太赫兹波激光器(1)输出的太赫兹波为点频连续波。6.如权利要求1所述的基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像系统，其特征在于：所述太赫兹探测器(15)为单点探测器。7.一种基于逐点扫描的太赫兹透射式全息成像方法，其特征在于，包括成像装置，所述成像装置包括太赫兹波光源、第一分束片(4)、第二分束片(11)、第三分束片(10)、聚焦扫描装置、参考装置以及相干探测装置，所述参考装置包括一维电动平移台(13)以及放置在一维电动平移台(13)上的第二平面反射镜(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李赜宇，李磊，周逊，李光彬，王度，罗振飞，孔维鹏，秦瑀，严强，杨存榜，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51