一种基于光子学技术的太赫兹成像系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于光子学技术的太赫兹成像系统，包括光频梳产生模块、光混频器模块、扫描模块、移动平台、聚焦模块、太赫兹探测器模块和终端处理模块，其中，光频梳产生模块产生光拍频信号；光混频器模块将光拍频信号转化成太赫兹信号；扫描模块对太赫兹信号进行准直并聚集到待测物体上；移动平台带动待测物体移动，聚焦模块汇聚从待测物品上散射出来的太赫兹信号；太赫兹探测器模块将太赫兹信号转化成电信号；终端处理模块根据电信号得到待测物体的二维图像。本实用新型专利技术采用光频梳产生模块作为光源，能够消除图像中的干涉现象，显著提高成像质量，同时所需光功率只有掺铒光纤放大器源成像系统的百分之三十以下，大大降低系统成本。

A terahertz imaging system based on Photonics

The utility model provides a terahertz imaging system based on photonics technology, including the optical frequency comb generation module, module, scanning module, mobile platform, focusing module, terahertz detector module and terminal processing module, optical mixer, optical frequency comb generation module generates light beat signal; light mixer module light beat signal conversion THz signal; scanning module for collimating the terahertz signal and gathered on the object to be measured; the mobile platform drives the moving objects to be measured, the measured scattering from the sink module focusing on the goods out of terahertz signal; THz detector module of terahertz signal into an electrical signal; the terminal processing module according to the electrical signal to be measured by two-dimensional image object. The optical frequency comb generation module is used as the light source, which can eliminate the interference phenomenon in the image and significantly improve the imaging quality. At the same time, the required optical power is only less than thirty percent of the erbium-doped fiber amplifier source imaging system, which greatly reduces the system cost.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光子学技术的太赫兹成像系统
本技术涉及太赫兹成像领域，尤其涉及一种基于光子学技术的太赫兹成像系统。
技术介绍
太赫兹(以下简称THz，1THz＝1012Hz)波段是指电磁波谱中频率从100GHz到10THz的电磁波谱区域。由于THz波穿透力好且对人体无害，因而THz成像在安检、快递包裹检查、医学成像中有着很大的应用前景。利用基于光子学技术的THz成像系统采用光通信常用器件组成，一般包括激光器、调制器、光探测器等，其利用光探测器将激光信号转化为太赫兹信号发射，器件性能稳定且价格便宜，同时由于光纤中信号的损耗极低，系统的信号产生端与信号发射端可分离，从而使系统更易于小型化，降低了系统复杂度。在现有基于光子学技术的太赫兹成像系统中，信号产生端一般有两种方案：分别采用双激光器拍频和掺铒光纤放大器作光源。在采用双激光器拍频作光源的方案中，调整两个激光器激射的波长，令其间隔为所需太赫兹频率，但由于仅产生单一频率的太赫兹信号，相当于单色光源，太赫兹波发出后，由于光路中的透镜或镜子及待测物体表面存在反射，会产生干涉效应，导致成像质量变差、不清晰而边界模糊。而若采用掺铒光纤放大器作光源，则可产生宽谱的非相干光，可显著降低干涉效应的影响，但由于掺铒光纤放大器输出光的带宽很宽，约为4THz，远远超出后端光探测器及太赫兹波探测器的带宽，很多光信号不能转化为太赫兹波发射，而将转化为热，从而造成后端探测器发热并降低性能，特别是当待测物体透过率低，需要较强信号照射时，很容易烧坏探测器，因而增加系统成本，且能量利用率低。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的问题，本技术的目的在于提供一种新型的基于光子学技术的太赫兹成像系统，其具有较高的能量利用率，成本低，同时成像质量高。为了实现上述技术目的，本技术采用如下技术方案：一种基于光子学技术的太赫兹成像系统，包括依次设置的光频梳产生模块、光混频器模块、扫描模块、移动平台、聚焦模块、太赫兹探测器模块和终端处理模块，其中，所述光频梳产生模块设置为产生光拍频信号；所述光混频器模块设置为将所述光拍频信号转化成太赫兹信号并将所述太赫兹信号发射至所述扫描模块；所述扫描模块设置为对接收到的所述太赫兹信号进行准直并聚集到待测物体上；所述移动平台设置为承载所述待测物体并带动所述待测物体移动；所述聚焦模块设置为将从所述待测物品上散射出来的太赫兹信号汇聚至所述太赫兹探测器模块；所述太赫兹探测器模块设置为将接收到的太赫兹信号转化成电信号并将所述电信号输出至所述终端处理模块；所述终端处理模块设置为根据接收到的电信号得到所述待测物体的二维图像。进一步地，所述光混频器模块由一个光混频器构成，所述太赫兹探测器模块由一个太赫兹探测器构成，所述移动平台为二维移动平台。进一步地，所述光混频器模块为多个光混频器组成的光混频器阵列，所述太赫兹探测器模块为多个太赫兹探测器组成的太赫兹探测器阵列，所述移动平台为一维移动平台。进一步地，所述光频梳产生模块包括射频信号源、第一激光器、第二激光器、与所述第一激光器和第二激光器分别连接的光耦合器、以及与所述光耦合器连接的调制模块，其中，所述调制模块由至少一个相位调制器和至少一个强度调制器级联而成，且每个所述相位调制器和强度调制器分别与所述射频信号源相连。进一步地，所述成像系统还包括锁相放大模块，所述锁相放大模块包括连接在所述光频梳产生模块与所述光混频器模块之间的调制器、连接在所述太赫兹探测器模块与所述终端处理模块之间的锁相放大器、以及连接在所述调制器与所述锁相放大器之间的参考信号源。进一步地，所述成像系统还包括连接在所述调制器与所述光混频器模块之间的光放大器。优选地，所述移动平台与所述终端处理模块相连。优选地，所述扫描模块和聚焦模块采用抛面镜实现。优选地，所述光混频器采用光探测器实现。优选地，所述太赫兹探测器采用肖特基二极管实现。通过采用如上技术方案，本技术具有以下有益效果：本技术采用光频梳产生模块作为系统所需光源，相较于采用双激光器拍频作为光源的成像系统具有频率分量更多的优点，从而在光混频器模块中拍频产生的太赫兹信号频率分量更多，因而能够有效消除图像中的干涉现象，显著提高成像质量；相较于采用掺铒光纤放大器作为光源的成像系统，光频梳产生模块拍频产生的太赫兹信号频率范围小，能够控制在后端光混频器模块及太赫兹探测器模块的带宽内，在相同的接收信号强度下，所需光功率只有掺铒光纤放大器作为光源的成像系统的百分之三十以下，能量利用率高，不容易损坏器件，降低了系统的成本。本技术的新型THz成像系统适用于未来安检、快递包裹检查等应用。附图说明以下是对本技术中涉及的各示意图的阐述：图1是本技术基于光子学技术的太赫兹成像系统的结构框图；图2A是图1中光频梳产生模块的一个实施例的结构框图；图2B是图1中光频梳产生模块的另一个实施例的结构框图；图3是本技术中光频梳产生模块输出的光谱图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本技术。应理理解，这些实施例仅用于说明本技术而不用于限制本技术的范围。此外应理解，在阅读了本技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，遂图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本技术提供一种基于光子学技术的THz成像系统，其采用光频梳产生模块作为系统所需光源，有较高的能量利用率，成本低，能够消除图像中的干涉现象，提高成像质量。本技术的新型THz成像系统适用于未来安检、快递包裹检查等应用。以下以90～140GHz波段THz成像系统为例，阐述本技术系统的结构和工作原理。本技术的THz成像系统如图1所示，用于对待测物体1进行成像，其包括依次设置的光频梳产生模块2、调制器3、光放大器4、光混频器5、第一抛面镜6、第二抛面镜7、二维移动平台8、第三抛面镜9、第四抛面镜10、太赫兹探测器11、锁相放大器12及终端处理模块13，还包括与调制器3和锁相放大器12连接的参考信号源。在本技术中，采用光频梳产生模块2作为系统所需光源以产生光拍频信号。光频梳产生模块2的结构如图2A和2B所示，其包括射频信号源21、第一激光器22、第二激光器23、与第一激光器22和第二激光器23分别连接的光耦合器24、以及与光耦合器24连接的调制模块，其中，调制模块由至少一个相位调制器25和至少一个强度调制器26级联而成(图2A中以一个相位调制器25和一个强度调制器26为例，图2B中以两个相位调制器25和一个强度调制器26为例，实际结构可采用更多调制器级联)，且各相位调制器25和强度调制器26分别与射频信号源21相连。在本模块中，射频信号源21输出固定频率的正弦波信号，一般为1～10GHz(可不局限于此)。图1中调制器3一般为强度调制器，其与锁相放大器12联合使用，将参考信号源输出的参考信号同时加载到调制器3和锁相放大器12上，即可实现探测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光子学技术的太赫兹成像系统，其特征在于，包括依次设置的光频梳产生模块、光混频器模块、扫描模块、移动平台、聚焦模块、太赫兹探测器模块和终端处理模块，其中，所述光频梳产生模块设置为产生光拍频信号；所述光混频器模块设置为将所述光拍频信号转化成太赫兹信号并将所述太赫兹信号发射至所述扫描模块；所述扫描模块设置为对接收到的所述太赫兹信号进行准直并聚集到待测物体上；所述移动平台设置为承载所述待测物体并带动所述待测物体移动；所述聚焦模块设置为将从所述待测物品上散射出来的太赫兹信号汇聚至所述太赫兹探测器模块；所述太赫兹探测器模块设置为将接收到的太赫兹信号转化成电信号并将所述电信号输出至所述终端处理模块；所述终端处理模块设置为根据接收到的电信号得到所述待测物体的二维图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于光子学技术的太赫兹成像系统，其特征在于，包括依次设置的光频梳产生模块、光混频器模块、扫描模块、移动平台、聚焦模块、太赫兹探测器模块和终端处理模块，其中，所述光频梳产生模块设置为产生光拍频信号；所述光混频器模块设置为将所述光拍频信号转化成太赫兹信号并将所述太赫兹信号发射至所述扫描模块；所述扫描模块设置为对接收到的所述太赫兹信号进行准直并聚集到待测物体上；所述移动平台设置为承载所述待测物体并带动所述待测物体移动；所述聚焦模块设置为将从所述待测物品上散射出来的太赫兹信号汇聚至所述太赫兹探测器模块；所述太赫兹探测器模块设置为将接收到的太赫兹信号转化成电信号并将所述电信号输出至所述终端处理模块；所述终端处理模块设置为根据接收到的电信号得到所述待测物体的二维图像。2.根据权利要求1所述的基于光子学技术的太赫兹成像系统，其特征在于，所述光混频器模块由一个光混频器构成，所述太赫兹探测器模块由一个太赫兹探测器构成，所述移动平台为二维移动平台。3.根据权利要求1所述的基于光子学技术的太赫兹成像系统，其特征在于，所述光混频器模块为多个光混频器组成的光混频器阵列，所述太赫兹探测器模块为多个太赫兹探测器组成的太赫兹探测器阵列，所述移动平台为一维移动平台。4.根据权利要求1-3中任何一项所述的基于光子学技术的太赫兹成像系统，其特征在于，所述光频梳...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚辰，张戎，周涛，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：新型
国别省市：上海,31