先进的太赫兹系统及方法技术方案

一种太赫兹数据采集和分析系统，太赫兹数据采集和分析系统的使用，以及太赫兹数据采集和分析方法。太赫兹数据采集和分析方法包括对样品执行太赫兹光谱学测量；基于该太赫兹光谱学测量采集样本数据；以及在样本数据和参考数据之间进行比较，用于识别样本。

Advanced terahertz system and method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】先进的太赫兹系统及方法
本专利技术广泛涉及先进的太赫兹系统及方法，尤其涉及用于样本识别、成像及结构/层厚度研究的光谱学设备及设备。
技术介绍
在整个说明书中的现有技术的任何提和/或讨论不应被认为是以任何方式承认该现有技术在本领域中是公知的或形成了公知常识的一部分。太赫兹技术通常利用0.1太赫兹至10太赫兹的频带，其波长范围在3mm至0.03mm之间。在过去几十年里在材料、组件和系统中作了大量研究之后，已经建立了太赫兹技术的坚实基础。太赫兹系统的性能在太赫兹系统的成本实质性下降的同时保持提升。在应用方面，已经证实了广泛的材料，例如炸药、肿瘤、药品和毒品，在太赫兹范围具有光谱指纹，这使得太赫兹技术在这些材料的检测中具有独特的能力。另外，太赫兹波能够穿透多种材料，例如布、干木材、塑料和纸，这使得太赫兹波能够“透视”这些材料并识别隐藏物体。本专利技术的实施例寻求提供用于样本识别、成像和结构/层厚度研究的太赫兹光谱装置及方法，其旨在寻求开发太赫兹技术的独特功能。
技术实现思路
根据本申请的第一个方面，提供了一种太赫兹数据采集和分析系统，包括：太赫兹光谱仪，所述太赫兹光谱仪被配置为对样本执行太赫兹光谱测量；数据采集单元，所述数据采集单元被配置为基于所述太赫兹光谱测量采集样本数据；以及处理单元，所述处理单元被配置为用于在所述样本数据与参考数据之间进行比较，用于识别所述样本。根据本专利技术的第二个方面，提供了上述第一个方面的系统在一个组的一个或多个组成部分之中的使用，该组包括：安全监控；疾病诊断，其包括活组织检查和代谢物的分析，以及滑动分析；皮肤诊断，其中，可以弯曲柔性太赫兹发射器和/或检测器以适应于人体曲率，用于精确分析；眼部检查，其中，可以弯曲柔性太赫兹发射器和/或检测器以适应于角膜曲率，用于更精确地分析；口腔护理，其中，可将太赫兹相位阵列天线应用于快速口腔检查，例如，用于牙根管医疗前的龋齿深度的检查；涂层分析；有毒气体/空气污染检测；产品质检；美容和医疗；以及文物修复。根据本专利技术的第三个方面，提供了一种太赫兹数据采集和分析方法，包括：对样本进行太赫兹光谱测量；基于所述太赫兹光谱测量采集样本数据；以及在所述样本数据与参考数据之间进行比较，用于识别所述样本。附图的简要说明对于本领域技术人员来说，仅通过举例并结合附图，本专利技术的实施例将会从下述书面说明中被更好地理解并且是显而易见的。在附图中：图1(A)是说明根据示例性实施例的太赫兹系统可以由一个或多个墙上插座(例如80至220电压的墙上插座)进行供电的示意图。图1(B)是说明根据示例性实施例的太赫兹系统可以由一个或多个电池座单元或直流电源进行供电的示意图。图2是根据示例性实施例说明太赫兹系统的示意框图。图3是根据示例性实施例说明太赫兹系统的示意框图。图4是根据示例性实施例说明太赫兹系统的示意框图。图5是根据示例性实施例说明系统和方法的示意框图。图6是根据示例性实施例的系统和方法的示意框图。图7是根据示例性实施例说明系统和方法的示意框图。图8(A)是根据示例性实施例说明一个基本类型中的太赫兹光束路径的配置的示意图。图8(B)是根据示例性实施例示出一个基本类型中的太赫兹光束路径的配置的示意图。图8(C)是根据示例性实施例示出一个基本类型中的太赫兹光束路径的配置的示意图。图8(D)是根据示例性实施例说明一个基本类型中的太赫兹光束路径的配置的示意图。图9(A)是根据示例性实施例说明太赫兹系统的示意图。图9(B)根据示例性实施例说明发射器和检测器在各自阵列中的布置的示意图。图10(A)是根据示例性实施例说明在近场方案中配置的超薄膜型太赫兹发射器的示意图。图10(B)是根据示例性实施例，通过移动样本来实现说明样本测绘的示意图。图10(C)是根据示例性实施例，通过扫描激光束来实现说明样本测绘的示意图。图11是通过控制(1)激光束的激发，(2)太赫兹发射器或(3)已发射的太赫兹光束得到(a)具有受控偏振方向的线性偏振脉冲太赫兹光束，(b)圆形或椭圆形偏振脉冲太赫兹光束，和/或(c)具有受控的相位和振幅的脉冲太赫兹光束的方式来说明脉冲太赫兹波的调制的示意图。图12是根据示例性实施例说明柔性基底上的太赫兹像素(发射器/检测器)阵列的示意图。图13是根据示例性实施例说明数据分析方法和系统的示意框图。图14(A)和(B)是根据示例性实施例说明安装在行李运输带下方的太赫兹探头的示意图。图15是根据示例性实施例说明安装在行李传送带下方和上方的，不具有或具有机械臂的太赫兹探头的示意图。图16(A)是根据示例性实施例说明被安装用于鞋子扫描的太赫兹探头的示意图。图16(B)是根据示例性实施例说明被安装在入口的门框中的太赫兹探头的示意图。图17是根据示例性实施例说明太赫兹光谱仪的示意图。图18示出了根据示例性实施例说明太赫兹数据采集和分析系统1800的示意图。图19示出了根据示例性实施例说明数据采集和分析方法的流程图1900。具体实施方式根据本文中描述的示例性实施例的高级太赫兹光谱仪有利地表现出了高性能和非常小的形状因素。而且，根据本专利技术的实施例，可优选通过利用太赫兹发射极和接收机阵列和/或近场扫描方法和/或柔性发射器来极大地增强检测效率，空间分辨率和灵敏度。为了进一步提高材料识别的准确性，在优选的示例性实施例中提出了实时数据获取和分析，数据库和机器学习过程。关于太赫兹应用，根据在安全监视和医疗方面的示例性实施例，在几种方法和实施中利用太赫兹光谱仪。然而，还可将本专利技术的实施例应用于应被本领域技术人员所理解的其它领域。太赫兹频率是电磁波谱的频带，具有从大约或恰好0.1太赫兹到10太赫兹的范围，其对应于大约或恰好3mm到0.03mm之间的波长。相比于相邻波长，例如在过去的一个世纪期间被集中研究并被广泛应用于我们的日常生活中的微波和红外波，太赫兹技术的发展已经相对滞后。然而，已经证实的是，广泛的化学品，例如毒品和炸药，在太赫兹光谱范围内具有固有的吸收峰(类似于指纹)，这使得这些太赫兹波在安全监视相关应用中具有独特功能。另外，一些肿瘤和药品也具有独特的指纹，这些指纹也可以被太赫兹波所检测，明确太赫兹技术在医疗中的潜力作为另一个非限制性的例子。图1(a)和(b)分别示出了根据示例性实施例的两个示例性太赫兹系统100，110。图1(A)示出了太赫兹系统100可以由一个或多个墙上插头102，比如具有80-220伏电压的墙上插头进行供电，而图1(B)示出了太赫兹系统110可以由一个或多个电池座单元112进行供电。注意的是，在不同实施例中，太赫兹系统可以由一个或多个墙壁插头102和一个或多个电池座单元112的组合进行供电。根据图2所示的示例性实施例的太赫兹系统200具有激光装置202，激光装置202本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹数据采集和分析系统，包括：/n太赫兹光谱仪，所述太赫兹光谱仪被配置为对样本执行太赫兹光谱测量；/n数据采集单元，所述数据采集单元被配置为基于所述太赫兹光谱测量采集样本数据；以及/n处理单元，所述处理单元被配置为用于在所述样本数据与参考数据之间进行比较，用于识别所述样本。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170825 SG 10201706986T1.一种太赫兹数据采集和分析系统，包括：
太赫兹光谱仪，所述太赫兹光谱仪被配置为对样本执行太赫兹光谱测量；
数据采集单元，所述数据采集单元被配置为基于所述太赫兹光谱测量采集样本数据；以及
处理单元，所述处理单元被配置为用于在所述样本数据与参考数据之间进行比较，用于识别所述样本。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理单元被配置为用于根据样本识别，使用所述样本数据执行机器学习来丰富所述参考数据。


3.根据权利要求1或2所述的系统，包括用于参考数据的数据库。


4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述数据库还包含一列材料的折射率。


5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述参考数据存储在所述系统外部的共享数据中心，例如云数据库中。


6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述处理单元包括具有操作系统和/或独立设备的计算设备，比如现场可编程门阵列模块。


7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，所述处理单元还被配置为确定所述样本的折射率。


8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述处理器被配置为分析具有已知厚度的所述样本的多反射峰位置，并计算所述样本的折射率，其可以包括执行机器学习。


9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述处理单元被配置为测量所述样本的厚度。


10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述处理单元被配置为分析具有已知折射率的所述样品的多反射峰位置，并提取所述样品的厚度。


11.根据权利要求9或10所述的系统，其中，所述处理单元被配置为基于所述样本的透射或反射的测量来计算所述样本的光导率。


12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述太赫兹光谱仪被配置为用于所述样本的近场成像。


13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述太赫兹光谱仪包括发射器阵列和/或检测器阵列。


14.根据权利要求13所述的系统，其中，多个发射器和多个检测器是相同或不同的。


15.根据权利要求13或14所述的系统，其中，所述发射器阵列安装在基底之上。


16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述检测器阵列安装在不同基底或相同基底之上。


17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述基底是柔性的。


18.根据权利要求15至16中任一项所述的系统，其中，所述基底中的至少一个被配置为用于支承和/或适应于所述样本。


19.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统被构造为便携装置。


20.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述太赫兹光谱仪被配置为经由自由空间接口和/或波导接口，比如光纤接口接收用于所述太赫兹信号的激发的激光束。


21.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统被包括在现有的监视设备或医疗装置，比如X射线扫描装置或金属探测器之中。


22.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统包括用于至少确定所述太赫兹光谱仪相对于所述样本的位置的机械臂。


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【专利技术属性】
技术研发人员：吴阳，梁贤秀，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG