基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置，本实用新型专利技术仅采用用于减少菲涅尔反射、物体不均匀漫散射等缺点的反射窗口，实现在采样阶段最大程度的增大信号振幅，提高成像信噪比。本实用新型专利技术将干涉理论应用到反射式成像中，实现了成像信号强度的提升，提高成像信噪比，简易方便且成像质量好。

【技术实现步骤摘要】
基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置
本技术涉及太赫兹波成像领域，尤其涉及一种基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置。
技术介绍
太赫兹(Terahertz，简称THz，1THz＝1012Hz)辐射是指频率从0.1THz到10THz，相应的波长从3毫米到30微米，介于毫米波与红外光之间频谱范围相当宽的电磁波谱区域。太赫兹辐射在电磁波谱中所处的特殊位置赋予了其一系列特殊的性质，这使得太赫兹技术可以应用到生物医学检测、物质特性研究、安检等领域。在太赫兹波相关技术中，太赫兹波成像作为其研究热点之一更是取得了一系列成果。目前，在生物医学领域，太赫兹波成像技术已实现多种病灶识别，如皮肤癌、肝癌、乳腺癌、脑胶质瘤等。其中，生物医学领域最常用的成像方式为反射式成像。然而，反射式成像技术存在菲涅尔反射、物体不均匀漫散射等缺点，这会导致反射成像信号强度降低，进而降低成像信噪比，严重影响成像质量。此外，太赫兹热辐射探测器受外界环境影响严重，在信噪比较低的情况下，会导致成像结果产生误差的可能性剧增或直接产生较大误差。特别是在太赫兹生物医学光谱成像领域，由于样品表面较为粗糙，需要在样品表面加反射窗口以减小漫反射的影响。目前，常见的用于太赫兹生物医学光谱成像的太赫兹辐射源包括：太赫兹时域光谱仪(THz-TDS)、反向波振荡器(BWO)、耿式震荡器、基于CO2激光器泵浦气体材料的远红外激光器、基于非线性光学效应的差频源或参量震荡源等。太赫兹时域光谱仪等脉冲源可以同时测量物体的振幅与相位信息，但由于能量分布在太赫兹脉冲的整个带宽上，在窄带频率上的信噪比(SNR)通常很低，峰值信号幅值与时域数据的噪声级之比可能非常大，严重影响成像质量。当前，通过改进算法恢复出原信号的方法也取得了一定效果，然而其计算繁琐且只是以一定概率恢复输出。基于反向波振荡器(BWO)、耿式震荡器、CO2激光器泵浦的远红外激光器、差频源或参量震荡源仅能获得物体的强度信息，其通过提高太赫兹辐射源的功率在一定程度上降低了外界环境的噪声影响，但是对于吸收较大的样品，其信噪比很难提高。因此太赫兹反射式成像急需一种能够在采样阶段就能提高样品采样的信噪比以达到高质量成像样品的方法。
技术实现思路
本技术提供了一种基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置，本技术提在采样阶段最大程度的增大信号振幅，提高成像信噪比，详见下文描述：基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置，所述装置包括：太赫兹波平面反射镜、第一太赫兹波离轴抛物面镜、第二太赫兹波离轴抛物面镜、第三太赫兹波离轴抛物面镜依次设置在太赫兹波的出射光路上；第一太赫兹波离轴抛物面镜用于将输出的太赫兹波聚焦入射到反射窗口上；第二太赫兹波离轴抛物面镜设置在放样品装置的信号光出射光路上，用于接收信号光太赫兹波；第三太赫兹波离轴抛物面镜设置在太赫兹波探测前，用于接收并聚焦信号光太赫兹波进入探测器；探测器设置在第三太赫兹波离轴抛物面镜的信号光出射光路上，收集第三太赫兹波离轴抛物面镜的反射光；反射窗口为对太赫兹波高透的材料，其固定于二维扫描平台上，用于放置待测成像样品。进一步地，所述太赫兹辐射源为连续或脉冲的太赫兹辐射源。其中，所述太赫兹波平面反射镜、第一太赫兹波离轴抛物面镜、第二太赫兹波离轴抛物面镜、第三太赫兹波离轴抛物面镜，均镀太赫兹波段的宽带高反膜。具体实现时，所述太赫兹源产生太赫兹波输出，以30°角度入射到反射窗口。本技术的有益效果是：1、相比无反射窗口成像，反射窗口的使用可降低反射式成像中的漫反射现象，极大地缓解漫反射对成像信号强度降低的影响。2、本技术仅通过选择反射窗口的厚度，实现成像信号强度的提升，提高成像信噪比，装置简易方便且成像质量好。附图说明图1为基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置的结构示意图；图2为太赫兹波反射式成像的光路图；图3为信噪比图。附图1中，各部件表示的列表如下：1：太赫兹辐射源；2：探测器；3：第一太赫兹波离轴抛物面镜；4：第二太赫兹波离轴抛物面镜；5：第三太赫兹波离轴抛物面镜；6：太赫兹波平面反射镜；7：反射窗口。附图2中，各部件表示的列表如下：21：为反射窗口的第一个面；22：为反射窗口与样品接触面，称为反射窗口第二个面；23：为待测样品(或镀金反射镜)；24：为反射窗口。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1本技术实施例提供了一种基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置，参见图1和图2，该装置包括：太赫兹辐射源1、接收太赫兹辐射源的探测器2、第一太赫兹波离轴抛物面镜3、第二太赫兹波离轴抛物面镜4、第三太赫兹波离轴抛物面镜5、太赫兹波平面反射镜6、以及反射窗口7，其中，反射窗口7为对太赫兹波高透的材料，其固定于二维扫描平台上，用于放置待测成像样品；太赫兹波平面反射镜6、第一太赫兹波离轴抛物面镜3、第二太赫兹波离轴抛物面镜4、第三太赫兹波离轴抛物面镜5依次设置在太赫兹波的出射光路上；第一太赫兹波离轴抛物面镜3用于将输出的太赫兹波聚焦入射到反射窗口7上；第二太赫兹波离轴抛物面镜4设置在放样品装置的信号光出射光路上，用于接收信号光太赫兹波；第三太赫兹波离轴抛物面镜5设置在太赫兹波探测前，用于接收并聚焦信号光太赫兹波进入探测器2；探测器2设置在第三太赫兹波离轴抛物面镜5的信号光出射光路上，收集第三太赫兹波离轴抛物面镜5的反射光；其中，太赫兹辐射源为连续或脉冲的太赫兹辐射源。太赫兹波平面反射镜6、第一太赫兹波离轴抛物面镜3、第二太赫兹波离轴抛物面镜4、第三太赫兹波离轴抛物面镜5，均镀太赫兹波段的宽带高反膜。其中，太赫兹源产生太赫兹波输出，以30°角度入射到反射窗口。进一步地，放置样品的二维平台是沿x轴和y轴成s型移动。进一步地，反射窗口7为对太赫兹高透的材料，太赫兹源为相应太赫兹探测器2接收的波段。其中，反射式成像可以扫描无限大样品。探测器2为太赫兹波段的探测器。综上所述，本技术实施例提能够在采样阶段提高反射成像信噪比，进而减小外部环境对成像的影响，有效提高成像质量。实施例2下面结合图3对实施例1中的方案、工作原理进行可行性验证，详见下文描述：本例通过应用不同厚度的反射窗口对镀金反射镜进行扫描成像，计算反射成像信噪比。在太赫兹频率为2.52THz时，对镀金反射镜上某一横线扫描的信噪比，如图3所示。太赫兹源产生太赫兹波输出，太赫兹波(强度为I0)以θ0角度入射到第一反射窗口面21，太赫兹波的一部分经第一反射窗口面21反射(强度为I1)；另一部分经第一反射窗口面21透射并在第二反射窗口22以θ角度入射到样品，并经样品反射、第二反射窗口面22与第一反射窗口21面透射为(强度为I2)，探测器接收的光强为I1和I2在第二反射窗口面22叠加。通过采用不同厚度的反射窗口，可实现成像信噪比的改变。当选择反射窗口厚度为0.53mm、0.7mm、0.82mm时，I1与I2的相移分别为δ0.53＝0.5π、δ0.7＝0.45π、δ0.82＝0，其处于干涉相长的相移范围内。由图3可得，当反射窗口厚度为0.53mm、0.7mm、0.82mm时，成像信噪比分别约为SNR0.53＝1.45、SNR0.7＝1.2、SNR本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置，其特征在于，所述装置包括：太赫兹波平面反射镜、第一太赫兹波离轴抛物面镜、第二太赫兹波离轴抛物面镜、第三太赫兹波离轴抛物面镜依次设置在太赫兹波的出射光路上；第一太赫兹波离轴抛物面镜用于将输出的太赫兹波聚焦入射到反射窗口上；第二太赫兹波离轴抛物面镜设置在放样品装置的信号光出射光路上，用于接收信号光太赫兹波；第三太赫兹波离轴抛物面镜设置在太赫兹波探测前，用于接收并聚焦信号光太赫兹波进入探测器；探测器设置在第三太赫兹波离轴抛物面镜的信号光出射光路上，收集第三太赫兹波离轴抛物面镜的反射光；反射窗口为对太赫兹波高透的材料，其固定于二维扫描平台上，用于放置待测成像样品。

【技术特征摘要】
1.基于反射窗口提高太赫兹波成像信噪比的装置，其特征在于，所述装置包括：太赫兹波平面反射镜、第一太赫兹波离轴抛物面镜、第二太赫兹波离轴抛物面镜、第三太赫兹波离轴抛物面镜依次设置在太赫兹波的出射光路上；第一太赫兹波离轴抛物面镜用于将输出的太赫兹波聚焦入射到反射窗口上；第二太赫兹波离轴抛物面镜设置在放样品装置的信号光出射光路上，用于接收信号光太赫兹波；第三太赫兹波离轴抛物面镜设置在太赫兹波探测前，用于接收并聚焦信号光太赫兹波进入探测器；探测器设置在第三太赫兹波离轴抛物面镜的信号光出射光路上，收集第三太赫兹波离轴抛物面镜的反射光；反射窗...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐德刚，武丽敏，王与烨，姚建铨，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12