一种基于双光频梳光源的太赫兹高光谱成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双光频梳光源的太赫兹高光谱成像系统，解决当前太赫兹时域光谱技术面成像扫描时间长、太赫兹成像技术无法对物体宽太赫兹谱信息成像，以及高光谱技术无法在太赫兹频段成像的问题。该系统包括单频激光器、光学分束器、第一光频梳光源、第二光频梳光源、光学耦合器、太赫兹光电探测器、太赫兹天线以及太赫兹相机；单频激光器出射的激光经第一光频梳光源、第二光频梳光源后产生两路光频梳信号与单频信号光在光学耦合器内相互拍频后被太赫兹光电探测器接收后输出两种太赫兹的频率梳至太赫兹天线，接着由太赫兹天线辐射到待测物品表面；太赫兹相机通过各个像素阵元输出的电信号获取待测物品的吸收谱或者反射谱信息。信息。信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双光频梳光源的太赫兹高光谱成像系统


[0001]本专利技术涉及微波光子、太赫兹及高光谱成像领域，特别涉及一种基于双光频梳光源的太赫兹高光谱成像系统。

技术介绍

[0002]太赫兹波是处于微波与红外光之间的电磁波，频率在0.1THz到10THz范围之间，波长在0.03到3mm范围之间。由于物质的THz光谱包含丰富的物理和化学信息,使得其在基础研究、工业生产及军事应用领域具有深远研究价值和重要的应用前景。
[0003]当前太赫兹应用主要包含两个方面：太赫兹时域光谱和太赫兹成像。太赫兹时域光谱技术的基本原理是：利用飞秒脉冲产生并探测时间分辨的THz电场，通过傅立叶变换获得被测物品的光谱信息，相关记载详见文献【Neu,Jens,andCharlesA.Schmuttenmaer."Tutorial:Anintroductiontoterahertztimedomainspectroscopy(THz
‑
TDS)."JournalofAppliedPhysics124.23(2018):231101.】。然而当前太赫兹时域光谱技术只能实现针对物品单点的光谱分析，如果要实现对物体整面的光谱分析需要使用双轴位移台进行扫描分析，扫描成像需要的时间较长，无法实时成像，且随着空间分辨率的提高及扫描面积的加大，所需要的时间越长，使得这种方式的发展在很多应用中受到限制。
[0004]太赫兹成像技术也是利用太赫兹射线照射被测物，通过物品的透射或反射获得样品的信息，进而成像，相关记载详见文献【Federici,JohnF.,etal."THzimagingandsensingforsecurityapplications—explosives,weaponsanddrugs."SemiconductorScienceandTechnology20.7(2005):S266.】。然而太赫兹成像技术仅仅利用单频或者窄带的太赫兹信号进行成像，不能像太赫兹时域光谱技术一样实现对物体宽太赫兹谱信息的成像。高光谱成像技术在对物体进行成像的同时在光谱的维度进行了细致的分割，综合了太赫兹时域光谱和太赫兹成像两者的优点，不但能得到物体轮廓图像还能得到物体在每一个光谱频段的光谱信息，相关记载详见文献【Shippert,Peg."Introductiontohyperspectralimageanalysis."OnlineJournalofSpaceCommunication2.3(2003):8.】。然而，目前的高光谱成像技术仅仅能够在光学频段进行，无法在太赫兹频段进行。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于双光频梳光源的太赫兹高光谱成像系统，利用双相干光频梳技术实现物体的高光谱太赫兹成像，解决当前太赫兹时域光谱技术面成像扫描时间长、太赫兹成像技术无法对物体宽太赫兹谱信息成像，以及高光谱技术无法在太赫兹频段成像的问题。
[0006]本专利技术的具体技术方案如下：
[0007]一种基于双光频梳光源的太赫兹高光谱成像系统，包括单频激光器、光学分束器、第一光频梳光源、第二光频梳光源、光学耦合器、太赫兹光电探测器、太赫兹天线以及太赫
兹相机；
[0008]单频激光器出射的激光经光学分束器后分为三路信号光，第一路单频信号光通过第一光频梳光源后产生第一光频梳信号进入光学耦合器；第二路单频信号光直接进入光学耦合器；第三路单频信号光通过第二光频梳光源后产生第二光频梳信号进入光学耦合器；
[0009]第一光频梳信号、第二光频梳信号以及第二路单频信号光在光学耦合器内相互拍频后被太赫兹光电探测器接收，之后经太赫兹探测器同时输出两种太赫兹的频率梳至太赫兹天线；所述两个太赫兹频率梳初始频率为均相同，两个太赫兹频率梳的梳齿间隔分别为f1和f2，且两个太赫兹频率梳的梳齿根数相同；
[0010]两个太赫兹频率梳通过太赫兹天线辐射到待测物品表面；
[0011]太赫兹相机的放置在待测物品周边的不同位置，通过各个像素阵元输出的电信号获取待测物品的吸收谱或者反射谱信息。
[0012]进一步地，上述第一光频梳光源包括第一微波源、第一电光调制器阵列、第一光学放大器、第一高非线性光纤模块和第一光学滤波器；
[0013]第一电光调制器阵列射频输入端与第一微波源相连，第一电光调制器阵列输出端与第一光学放大器相连；第一光学放大器输出端与第一高非线性光纤模块输入端相连，第一高非线性光纤输出端与第一光学滤波器输入端相连，第一光学滤波器输出端与光学耦合器一个输入端口相连。
[0014]进一步地，上述第二光频梳光源包括第二微波源、第二电光调制器阵列、第一光学放大器、第二高非线性光纤模块和第二光学滤波器；
[0015]第二电光调制器阵列射频输入端与第二微波源相连，第二电光调制器阵列输出端与第二光学放大器相连；第二光学放大器输出端与第二高非线性光纤模块输入端相连，第二高非线性光纤输出端与第一光学滤波器输入端相连，第二光学滤波器输出端与光学耦合器一个输入端口相连。
[0016]进一步地，上述第一微波源的频率为f1，第二微波源的频率为f2，第一微波源与第二微波源重频之差df＝f1
‑
f2，且f1和f2均为df的整数倍。
[0017]本专利技术的有益效果在于：
[0018]1、与传统的太赫兹时域光谱技术相比，本专利技术采用双光频梳光源生成双梳状太赫兹信号，物体对太赫兹信号进行吸收或者反射，再通过太赫兹相机对双太赫兹信号进行混频得到低频的电信号，最后通过电信号频谱反推物质每个像素点的太赫兹谱信息。实现了光谱
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THz
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电信号频谱信息的直接映射，具备结构简单、计算量小、探测速度快的优点。
[0019]2、与传统的太赫兹时域光谱技术相比，采用基于阵列成像的太赫兹相机成像代替单像素的太赫兹探测器，在分析各个像素的光谱信息的同时进行面成像。
[0020]3、相比基于单频率的太赫兹辐射源进行强度成像的太赫兹成像技术，该专利技术不仅可实现对物质的几何成像，而且可以同时实现物质对太赫兹频谱的吸收或者反射谱信息进行测量，获取物质类型信息，从而有效的实现了物体的高光谱太赫兹成像。
附图说明
[0021]图1基于双光频梳光源的太赫兹高光谱成像系统结构图。
[0022]图2a为第一高非线性光纤模块HNLF1输出光谱图。
[0023]图2b为第二高非线性光纤模块HNLF1输出光谱图。
[0024]图3a为一种太赫兹频率梳的示意图；
[0025]图3b为另一种太赫兹频率梳的示意图；
[0026]图4为太赫兹相机输出的电磁频谱图。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双光频梳光源的太赫兹高光谱成像系统，其特征在于：包括单频激光器、光学分束器、第一光频梳光源、第二光频梳光源、光学耦合器、太赫兹光电探测器、太赫兹天线以及太赫兹相机；单频激光器出射的激光经光学分束器后分为三路信号光，第一路单频信号光通过第一光频梳光源后产生第一光频梳信号进入光学耦合器；第二路单频信号光直接进入光学耦合器；第三路单频信号光通过第二光频梳光源后产生第二光频梳信号进入光学耦合器；第一光频梳信号、第二光频梳信号以及第二路单频信号光在光学耦合器内相互拍频后被太赫兹光电探测器接收，之后经太赫兹探测器同时输出两种太赫兹的频率梳至太赫兹天线；所述两个太赫兹频率梳初始频率为均相同，两个太赫兹频率梳的梳齿间隔分别为f1和f2，且两个太赫兹频率梳的梳齿根数相同；两个太赫兹频率梳通过太赫兹天线辐射到待测物品表面；太赫兹相机的放置在待测物品周边的不同位置，通过各个像素阵元输出的电信号获取待测物品的吸收谱或者反射谱信息。2.根据权利要求1所述的基于双光频梳光源的太赫兹高光谱成像系统，其特征在于：所述第一光频梳光源包括第一微波源、第一电光调制器阵列、第一光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张江华，沈梅力，张卓航，牛宏校，黄雷，郑鑫，殷科，杨杰，尤洁，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：