本发明专利技术涉及一种基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统和方法，系统包括太赫兹源部分、传输汇聚光路系统、旋转平行扫描台以及太赫兹信号检测部分，太赫兹源部分包括太赫兹量子级联激光器、驱动电源以及斩波扇；传输汇聚光路系统包括第一离轴抛面镜组和第二离轴抛面镜组；太赫兹信号检测部分包括太赫兹量子阱探测器、信号处理模块以及锁相放大器。方法为太赫兹量子级联激光器出射连续太赫兹波由斩波扇调制，被离轴抛面镜组汇聚于样品上，太赫兹波透过样品通过另一组抛面镜汇聚到太赫兹量子阱探测器上，产生响应光电流，将光电流信号转换成电压信号，通过低噪声放大器放大，由锁相放大器读出数据。本发明专利技术可以有效的获取了样品断层的图像信息。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太赫兹应用
，特别是涉及一种。
技术介绍
目前断层扫描技术主要采用X射线等高能量穿透性强的射线，技术固然成熟，但是由于射线能量高，所以对人体和环境的损害很大，使用具有较大副作用和危险性，而太赫兹波(简称“THz波”)频率比X射线低很多，能量不足以电离生物分子，所以在医学应用领域具有很好的应用前景，同时THz波还能够穿透高强度聚乙烯/聚丙烯等非极性材料。基于以上特性，THz波的断层扫描技术就可以广泛应用于医学和隐藏物体安检等领域，具有很高 的实际应用价值。太赫兹量子级联激光器(简称“THz QCL")作为THz源具有功率高( 10mW)，体积小，易集成等突出特点，如果选择脉冲工作模式则工作温度可提高至IOOK以上，完全达到了实际应用的标准。太赫兹量子阱探测器(简称“THz QWP”)是一种与THz QCL工作频率范围非常匹配的低维半导体探测器，器件对可探测范围内的THz光的响应速率可达GHz量级(ns量级)，非常适合在脉冲激射型THz QCL为辐射源的成像系统中作为THz光的检测器，同时在高灵敏度和高分辨率探测尤其是在焦平面阵列制备方面具有独特的优势。此外THzQWP是一种重要的窄带探测器，与其他宽带探测器相比具有很好的光谱分辨能力，无论是在连续THz辐射源还是脉冲THz辐射源情况下，器件均具有很好的滤光功能，可有效消除噪声信号的干扰，提高成像质量。目前，基于GaAs/AlGaAs材料体系的量子阱探测器主要有光电导型和光伏型两种，已报道的THz波段的量子阱探测器多属于光电导型。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，能够有效获取样品断层的图像信息。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统，包括太赫兹源部分、传输汇聚光路系统、旋转平行扫描台以及太赫兹信号检测部分，所述太赫兹源部分包括太赫兹量子级联激光器、与所述太赫兹量子级联激光器相连的驱动电源、以及斩波扇；所述传输汇聚光路系统包括第一离轴抛面镜组和第二离轴抛面镜组；所述太赫兹信号检测部分包括太赫兹量子阱探测器、与太赫兹量子阱探测器相连的信号处理模块以及锁相放大器，所述信号处理模块和锁相放大器分别与计算机相连；所述太赫兹量子级联激光器发出的太赫兹波经过聚乙烯窗片射出；所述斩波扇直接位于聚乙烯窗片外对出射的太赫兹波进行调制；所述第一离轴抛面镜组将经过斩波扇发散的太赫兹波汇聚成平行光束传输至位于旋转平行扫描台上的样品，经过样品透射后的太赫兹波经过第二离轴抛面镜组收集汇聚，再经过聚乙烯窗片到所述太赫兹量子阱探测器；所述太赫兹量子阱探测器收到太赫兹波后产生相应的电流信号；所述信号处理模块将所述电流信号提取为电压信号，并进行放大；所述锁相放大器对电路输入的电压信号进行读取和显示；所述计算机用于记录所述锁相放大器的电压信号值，并将其与被测样品的位置信息一一对应，得到被测样品的太赫兹信号透射强度数据。所述旋转平行扫描台上的样品中心位于第一离轴抛面镜组和第二离轴抛面镜组焦点处。所述太赫兹量子级联激光器发出的太赫兹波的频率为2. 9THz。所述太赫兹量子阱探测器的探测频率范围为2. 0-6. OTHz。所述太赫兹量子阱探测器的峰值探测频率为3. 22THz。所述太赫兹量子阱探测器的有源区包括23个周期结构，每个周期结构内包含交替生长的GaAs层和Alatll5Gaa 985As层各一层。所述信号处理模块包括依次连接的信号处理电路、低噪声放大器及锁相放大器；所述信号处理电路包括电压放大器，供电电池和分压电阻，所述供电电池、分压电阻与太赫兹量子阱探测器串联为闭合回路，并采用电压放大器提取所述分压电阻两端的电压。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是还提供一种基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统的扫描成像方法，包括以下步骤(I)太赫兹量子级联激光器发射出太赫兹信号，然后将信号采用斩波扇调制，并将调制后的信号由一组离轴抛面镜汇聚，然后传输至样品；(2)所述传输汇聚光路系统将透射的太赫兹信号汇聚并传输至所述太赫兹量子阱探测器；(3)所述太赫兹量子阱探测器将接收到的透射中的太赫兹波转换为电信号并发送至所述信号处理模块进行处理；(4)同步控制所述旋转平行扫描台、信号处理模块，并且采用Hough变换数据处理方法对收到的电信号进行处理，再将处理后的数据利用断层还原算法还原得到断层图像信肩、O所述步骤(I)中样品至于旋转平行扫描台上，采用10°、20°、30°、或45°的角度间隔，平行扫描步长为1mm。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果本专利技术主要是利用电压驱动的THz QCL作为发射源，光电导型THz QWP作为探测器进行物体的断层扫描THz QCL发射出的THz波经调制后汇聚到样品上，QffP提取透射的THz信号，然后经过放大，利用同步控制系统进行数据采集，最后还原被测物体的断层图像。(I)本专利技术采用了工作频率范围与太赫兹量子级联激光器激射频率范围相匹配的太赫兹量子阱探测器作为探测器，该探测器具备快速响应、高探测率的特点，非常适合对太赫兹量子级联激光器所发射的太赫兹信号的检测。(2)本专利技术采用的太赫兹量子阱探测器为半导体窄谱探测器，响应峰与激光器激射频率相近，响应效果好，在成像过程中具有很好的滤光功能，可以有效减少THz频段外的噪声信号对成像结果的影响，使太赫兹透射成像的效果更好。(3)本专利技术所述的基于太赫兹量子器件的断层扫描成像装置采用了在太赫兹频段、有很好的反射(或透射)特性的光学附件，如高强度聚乙烯，可以使测量装置达到尽可能大的太赫兹波收集效率。(4)本专利技术基于太赫兹量子级联激光器和太赫兹量子阱探测器的断层扫描系统及方法实现了 THz波断层扫描成像技术的实际应用，对THz成像应用技术的发展和推广有重要意义。附图说明图I是本专利技术系统的结构示意图；图2是本专利技术中太赫兹量子阱探测器的光响应谱与太赫兹量子级联激光器激光发射谱线图；图3是本专利技术中采用为厚度分别为I. 8mm和5. Omm高密度聚乙烯(HDPE)材料和 2.2mm高密度聚丙烯(HDPP)材料在I. 5-10. OTHz光频段的透射谱测量结果图；图4是本专利技术中采用局域太赫兹量子器件的断层扫描系统获得的样品截面结果示意图，图4A为圆形聚乙烯外罩形状及厚度截面还原结果为缺陷的聚丙烯截面还原结果，图4B为缺陷的聚丙烯截面还原结果。具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利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。本专利技术的实施方式涉及一种基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统，如图I所示，包括太赫兹源部分、传输汇聚光路系统、旋转平行扫描台以及太赫兹信号检测部分，所述太赫兹源部分包括太赫兹量子级联激光器2、与所述太赫兹量子级联激光器2相连的驱动电源I、以及斩波扇3 ;所述传输汇聚光路系统包括第一离轴抛面镜组和第二离轴抛面镜组；所述太赫兹信号检测部分包括太赫兹量子阱探测器10、与太赫兹量子阱探测器10相连的信号处理模块以及锁相放大器11，所述信号处理模块和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于太赫兹量子器件的断层扫描成像系统，包括太赫兹源部分、传输汇聚光路系统、旋转平行扫描台以及太赫兹信号检测部分，其特征在于，所述太赫兹源部分包括太赫兹量子级联激光器（2）、与所述太赫兹量子级联激光器（2）相连的驱动电源（1）、以及斩波扇（3）；所述传输汇聚光路系统包括第一离轴抛面镜组和第二离轴抛面镜组；所述太赫兹信号检测部分包括太赫兹量子阱探测器（10）、与太赫兹量子阱探测器相连的信号处理模块以及锁相放大器（11），所述信号处理模块和锁相放大器（11）分别与计算机（9）相连；所述太赫兹量子级联激光器（2）发出的连续太赫兹波经过聚乙烯窗片射出；所述斩波扇（3）直接位于聚乙烯窗片外对出射的太赫兹波进行调制；所述第一离轴抛面镜组将经过斩波扇（3）调制的发散的太赫兹波至位于旋转平行扫描台（8）上的样品，经过样品透射后的太赫兹波经过第二离轴抛面镜组收集汇聚，再经过聚乙烯窗片到所述太赫兹量子阱探测器（10）；所述太赫兹量子阱探测器（10）接收到透射太赫兹波后产生相应的光电流信号；所述信号处理模块将所述光电流信号提取为电压信号，并进行放大；所述锁相放大器（11）对电路输入的电压信号进行读取和显示；所述计算机（9）用于记录所述锁相放大器（11）的电压信号值，并将其与被测样品的断层信息一一对应，得到被测样品的太赫兹信号透射强度数据。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曹俊诚，周涛，谭智勇，张戎，郭旭光，
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：发明
国别省市：
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