用于太赫兹图像的高对比度、近实时采集的系统和方法技术方案

cw太赫兹图像光束通过非线性光学过程上转换(例如，采用近IR cw上转换光束的和频或差频生成)。经上转换的图像由近IR图像检测器采集。太赫兹图像光束和上转换光束的频带宽度和中心波长为使得当阻挡或大幅度衰减上转换光束时，可以采用波长滤波来允许经上转换的图像光束到达检测器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于太赫兹图像的高对比度、近实时采集的系统和方法优先权声明本申请要求2016年6月3日以VladimirG.Kozlov和PatrickF.Tekavec的名义提交的美国非临时性申请号15/173,504的优先权。所述申请在此通过援引并入，如同在本文完整陈述一样。
本专利技术的领域涉及使用太赫兹频率辐射的成像。特别地，披露了用于太赫兹图像的高对比度、近实时采集的系统和方法。
技术介绍
先前已经披露了用于使用太赫兹频率辐射生成、检测或成像的大量系统和方法。其中一些披露于：-1997年4月22日授权给Nuss(朗讯科技有限公司)的标题为“Methodandapparatusforterahertzimaging”(用于太赫兹成像的方法和装置)的美国专利号5,623,145；-1998年1月20日授权给Nuss(朗讯科技有限公司)的标题为“Methodandapparatusforterahertzimaging”(用于太赫兹成像的方法和装置)的美国专利号5,710,430；-1998年8月4日授权给Nuss(朗讯科技有限公司)的标题为“Opticalsystememployingterahertzradiation”(采用太赫兹辐射的光学系统)的美国专利号5,789,750；-1997年8月18日授权给Brener等人(朗讯科技有限公司)的标题为“Nearfieldterahertzimaging”(近场太赫兹成像)的美国专利号5,894,125；-1999年8月17日授权给Jacobsen等人(朗讯科技有限公司)的标题为“Systemsandmethodsforprocessingandanalyzingterahertzwaveforms”(用于处理和分析太赫兹波形的系统和方法)的美国专利号5,939,721；-1999年9月14日授权给Zhang等人(RensselaerPolytechnicInstitute)的标题为“Electro-opticalsensingapparatusandmethodforcharacterizingfree-spaceelectromagneticradiation”(用于表征自由空间电磁辐射的电光传感装置和方法)的美国专利号5,952,721；-2000年6月20日授权给Mittleman等人(朗讯科技有限公司)的标题为“Methodandapparatusforterahertztomographicimaging”(用于太赫兹层析成像的方法和装置)的美国专利号6,078,047；-2002年7月2日授权给Zhang等人(RensselaerPolytechnicInstitute)的标题为“electro-optic/magneto-opticmeasurementofelectromagneticradiationusingchirpedopticalpulse”(使用啁啾光学脉冲的电磁辐射电光/磁光测量)的美国专利号6,414,473；-2003年5月22日以Ferguson等人(RensselaerPolytechnicInstitute)的名义公布的标题为“Methodandsystemforperformingthree-dimensionalterahertzimagingonanobject”(用于对物体进行三维太赫兹成像的方法和系统)的公布号WO2003/042670；-2007年9月18日授权给Hayes等人的标题为“HighlyefficientwaveguidepulsedTHzelectromagneticradiationsourceandgroup-matchedwaveguideTHzelectromagneticradiationsource”(高效波导脉冲式太赫兹电磁辐射源和组匹配式波导太赫兹电磁辐射源)的美国专利号7,272,158；-2008年3月4日授权给Vodopyanov等人(MicrotechInstruments、俄勒冈州立大学、斯坦福大学)的标题为“Generationofterahertzradiationinorientation-patternedsemiconductors”(取向图案化半导体中太赫兹辐射的生成)的美国专利号7,339,718；-2008年3月25日授权给Vodopyanov等人的标题为“Terahertzradiationgenerationandmethodstherefor”(太赫兹辐射的生成及其方法)的美国专利号7,349,609；-2011年4月19日授权给Moeller(Alcatel-LucentUSAInc.)的标题为“InexpensiveTerahertzPulseWaveGenerator”(廉价太赫兹脉冲波发生器)的美国专利号7,929,580；-2011年10月11日授权给Kozlov等人(MicrotechInstrumentsInc.)的标题为“Terahertztunablesources,spectrometers,andimagingsystems”(太赫兹可调谐源、光谱仪和成像系统)的美国专利号8,035,083；-2012年1月12日以Khan等人(麻省理工学院)的名义公布的标题为“Terahertzsensingsystemandmethod”(太赫兹传感系统和方法)的美国公布号2012/0008140(现在为2013年8月20日颁发的专利号8,514,393)；-2013年12月3日授权给Kozlov等人(MicrotechInstruments)的标题为“Alignmentandoptimizationofasynchronouslypumpedopticalparametricoscillatorfornonlinearopticalgeneration”(用于非线性光学生成的同步泵浦光参量振荡器的对准和优化)的美国专利号8,599,474；-2013年12月3日授权给Kozlov等人(MicrotechInstruments)的标题为“Alignmentandoptimizationofasynchronouslypumpedopticalparametricoscillatorfornonlinearopticalgeneration”(用于非线性光学生成的同步泵浦光参量振荡器的对准和优化)的美国专利号8,599,475；-2013年12月3日授权给Kozlov等人(MicrotechInstruments)的标题为“Alignmentandoptimizationofasynchronouslypumpedopticalparametricoscillatorfornonlinearopticalgeneration”(用于非线性光学生成的同步泵浦光参量振荡器的对准和优化)的美国专利号8,599,476；-Wu等人；“Two-dimensionalelectro-opticimagingofTHzbeams”(太赫兹光束的二维电光成像)；AppliedPhysicsLetters(应用物理快报)第69卷第8期第1026本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于采集物体的经上转换的太赫兹图像的方法，该方法包括：(a)用连续波太赫兹成像光束照射该物体，该太赫兹成像光束由在约0.05THz与约10THz之间的太赫兹频率、太赫兹频带宽度和太赫兹平均功率表征；(b)收集该太赫兹成像光束的至少一部分，该太赫兹成像光束通过该物体或围绕该物体透射或从该物体反射或散射，并且引导该部分作为太赫兹图像光束传播透过非线性光学介质，其中该太赫兹图像光束由该非线性光学介质处的太赫兹图像光束尺寸表征；(c)引导连续波上转换光束传播透过该非线性光学介质，其中该上转换光束与该太赫兹图像光束在该非线性光学介质中至少部分地在空间上重叠并且由上转换波长、上转换频带宽度、上转换平均功率和该非线性光学介质处的上转换光束尺寸表征；(d)通过该太赫兹图像光束和该上转换光束在该非线性光学介质中的非线性光学相互作用，上转换该太赫兹图像光束的至少一部分以形成经上转换的图像光束，该经上转换的图像光束由该太赫兹图像光束与该上转换光束之间的和频或差频生成产生的一个或两个波长表征；(e)使用图像检测器接收该经上转换的图像光束的至少一部分，并通过该图像检测器检测通过该经上转换的图像光束形成于该图像检测器处的经上转换的图像；以及(f)使用图像滤波元件，允许小于以106计的约1份该上转换光束到达该图像检测器，(g)其中该太赫兹平均功率大于约0.1W，该上转换波长在约400nm与约3500nm之间，该上转换频带宽度小于约0.1nm，并且该上转换平均功率大于约1W。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.03 US 15/173,5041.一种用于采集物体的经上转换的太赫兹图像的方法，该方法包括：(a)用连续波太赫兹成像光束照射该物体，该太赫兹成像光束由在约0.05THz与约10THz之间的太赫兹频率、太赫兹频带宽度和太赫兹平均功率表征；(b)收集该太赫兹成像光束的至少一部分，该太赫兹成像光束通过该物体或围绕该物体透射或从该物体反射或散射，并且引导该部分作为太赫兹图像光束传播透过非线性光学介质，其中该太赫兹图像光束由该非线性光学介质处的太赫兹图像光束尺寸表征；(c)引导连续波上转换光束传播透过该非线性光学介质，其中该上转换光束与该太赫兹图像光束在该非线性光学介质中至少部分地在空间上重叠并且由上转换波长、上转换频带宽度、上转换平均功率和该非线性光学介质处的上转换光束尺寸表征；(d)通过该太赫兹图像光束和该上转换光束在该非线性光学介质中的非线性光学相互作用，上转换该太赫兹图像光束的至少一部分以形成经上转换的图像光束，该经上转换的图像光束由该太赫兹图像光束与该上转换光束之间的和频或差频生成产生的一个或两个波长表征；(e)使用图像检测器接收该经上转换的图像光束的至少一部分，并通过该图像检测器检测通过该经上转换的图像光束形成于该图像检测器处的经上转换的图像；以及(f)使用图像滤波元件，允许小于以106计的约1份该上转换光束到达该图像检测器，(g)其中该太赫兹平均功率大于约0.1W，该上转换波长在约400nm与约3500nm之间，该上转换频带宽度小于约0.1nm，并且该上转换平均功率大于约1W。2.如权利要求1所述的方法，其中该上转换波长在约1000nm与约1100nm之间，该上转换频带宽度小于约0.01nm，并且该上转换平均功率大于约10W。3.如权利要求1所述的方法，其中该上转换波长在约1500nm与约1600nm之间，该上转换频带宽度小于约0.01nm，并且该上转换平均功率大于约5W。4.如权利要求1所述的方法，其中该上转换光束的光源为固态激光器、光纤激光器或半导体激光器。5.如权利要求1所述的方法，其中该太赫兹频率小于约3Thz，并且该太赫兹平均功率大于约0.3W。6.如权利要求1所述的方法，其中该太赫兹频率小于约1.6Thz，并且该太赫兹平均功率大于约0.5W。7.如权利要求1所述的方法，其中该太赫兹光束的光源包括返波型振荡器、一个或多个太赫兹放大器或一个或多个谐波发生器。8.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。9.如权利要求8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包括短通或长通滤波器，该滤波器具有在该上转换波长与经上转换的图像波长中的一个之间的标称截止波长。10.如权利要求8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包括陷波滤波器，该陷波滤波器具有包括该上转换波长的带阻频带宽度。11.如权利要求1所述的方法，其中该上转换光束和该经上转换的图像光束相对于彼此基本上正交偏振，并且该图像滤波元件包括被安排成基本上阻挡该上转换光束的一个或多个偏振器。12.如权利要求1所述的方法，其中该非线性光学介质被安排成使得该非线性光学相互作用为准相位匹配过程。13.如权利要求12所述的方法，其中该非线性光学介质包括非线性光学材料的两个或多个光学接触片的堆叠体。14.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一部分并引导该太赫兹图像光束传播透过该非线性光学介质，(ii)该物体和该非线性光学介质被定位在该第一聚焦元件的相应共轭平面上，使得该太赫兹图像光束在该非线性光学介质处形成该物体的太赫兹图像，(iii)第二聚焦元件收集该经上转换的图像光束的一部分并引导该经上转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被定位在该第二聚焦元件的相应共轭平面上，使得该经上转换的图像光束在该图像检测器处形成该经上转换的图像。15.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一部分并引导该太赫兹图像光束传播透过该非线性光学介质，(ii)该物体和该非线性光学介质各自被定位在距该第一聚焦元件约f1的距离处，使得该太赫兹图像光束在该非线性光学介质处形成该物体的太赫兹图像的空间傅立叶变换，(iii)由有效焦距f2表征的第二聚焦元件收集该经上转换的图像光束的一部分并引导该经上转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被定位在距该第二聚焦元件约f2的距离处，使得该经上转换的图像光束在该图像检测器处形成该经上转换的图像。16.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，并且检测该经上转换的图像包括在该成像检测器阵列的多个对应检测器元件上同时接收该经上转换的图像光束的不同空间部分。17.如权利要求1所述的方法，进一步包括：分离出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组合以同向-传播透过该非线性光学介质；以及利用该太赫兹图像光束和该太赫兹参考光束的对应不同相对相位采集多个经上转换的太赫兹图像，其中每个经上转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对应位置相关的相对相位。18.一种用于采集物体的经上转换的太赫兹图像的装置，该装置包括：(a)太赫兹光源，该太赫兹光源被安排成用连续波太赫兹成像光束照射该物体，该太赫兹成像光束由在约0.05THz与约10THz之间的太赫...

【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