太赫茲波的產(chǎn)生與檢測(cè)(參考版)
2024-08-26 21:58本頁(yè)面
【正文】 可以樂(lè)觀期望 ， 隨著技術(shù)的發(fā)展 ， THz成像的應(yīng)用前景將是非常廣闊的 。 總體看來(lái) ， THz技術(shù)研究仍然處于初級(jí)階段 ， 尤其是在生物 醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用仍有很大困難 ， 存在許多亟待解決的問(wèn)題 。此外，利用泵浦探測(cè)技術(shù)，可以通過(guò)時(shí)間分辨的 THz光譜分析，對(duì)蛋白質(zhì)等易于變形的大分子在特定的生理過(guò)程或其他相互作用過(guò)程中發(fā)生的構(gòu)象變化等過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。 THz成像技術(shù)的發(fā)展將對(duì)生物分子的進(jìn)一步研究起推動(dòng)作用。能否同微波一樣， THz也用來(lái)制成 “ 雷達(dá) ” ?能否利用來(lái)自目標(biāo)各層次界面反射的 THz電磁波的波形和時(shí)間差信息來(lái)探知目標(biāo)或探測(cè)其內(nèi)部形貌呢 ?答案是肯定的。 利用不同物質(zhì)對(duì) THz頻帶的特征吸收譜線分析物質(zhì)成分，這就是所謂 THz時(shí)域光譜 技術(shù) THzTDS，其中分為反射成像和透射成像。 THz頻帶對(duì)水分有極其敏感的吸收特征，對(duì)諸如塑料、紙箱等有很強(qiáng)的穿透力，這些特性可用來(lái)對(duì)已包裝的貨物進(jìn)行成像，特別是通過(guò)測(cè)量水分含量來(lái)控制其質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)和理論證明，反射結(jié)構(gòu)測(cè)量的 THz波形與透射結(jié)構(gòu)的相同。 但從總體看來(lái) ， THz技術(shù)研究仍然處于初級(jí)階段 ， 尤其是在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用仍有很大困難 ， 存在許多亟待解決的問(wèn)題 。 如下圖所示 利用近場(chǎng)成像和 “ 動(dòng)態(tài)孔徑 ” 的原理見(jiàn)下圖 ， 可以使 THz顯微成像的分辨率達(dá)到幾十微米 。 THz近場(chǎng)成像 近場(chǎng)成像是提高 THz成像空間分辨率的有效方法。 寫成數(shù)學(xué)表達(dá)式為 ： ? ? ? ?)y,x(FRdl)y,x(ft,P )t,(L ???? ? Radon變換假設(shè)了一種理想模型 ，即不考慮 TCT系統(tǒng)中的衍射效應(yīng)和與傳 播方向有關(guān)的菲涅爾損耗。 待測(cè)樣品被放置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，平臺(tái)能使其繞軸旋轉(zhuǎn)，并在每一個(gè)投影角度獲得二維(2D)THz圖像。 TCT的基本原理源于 XCT，其裝置僅是現(xiàn)代透射模式 THz成像系統(tǒng)的簡(jiǎn)單擴(kuò)展。 TCT系統(tǒng)從多個(gè)投影角度，直接測(cè)量寬波帶 THz脈沖的振幅和相位。 THz波計(jì)算機(jī)輔助層析成像是一種新型層析成像形式 ， 它利用了 THz脈沖 和新的重構(gòu)計(jì)算方法 。幅度被調(diào)制的輸出激光被相機(jī) CCD探測(cè)。THz輻射作用在 ZnTe電光晶體后，相當(dāng)于在其上施加了瞬時(shí)偏置電壓，由此產(chǎn)生的線性電光效應(yīng)使晶體瞬時(shí)極化，這種極化又引起雙折射。實(shí)時(shí)二維 THz成像技術(shù)是真正意義上 的成像，利用 CCD相機(jī)讀出 THz信號(hào)，獲得對(duì)樣品的成像。它沒(méi) 有數(shù)據(jù)采集上的限制，理論上可以實(shí)時(shí)采集，但是由于 CCD的響應(yīng)速度的限制， 高靈敏度的 CCD的響應(yīng)速度可達(dá)到 70幀 /s。把樣品放在一個(gè) 4f成像系統(tǒng) 中，同時(shí)使用 CCD作為數(shù)據(jù)記錄裝置，裝置如下圖所示。但同時(shí)它也存在問(wèn)題：它的掃描時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不適合大樣品，不能對(duì)動(dòng)態(tài)變化的信息進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控。 THz掃描成像 此裝置通過(guò)一個(gè) xy的移動(dòng)臺(tái)來(lái)改變樣品的方位 ， 從而使 THz射線通過(guò)樣 品的不同點(diǎn) ， 記錄樣品不同位置的透射和反射信息 ， 可以是振幅信息 ， 也可以 是相位信息 ， 或是兩者同時(shí)記錄 。 THz掃描成像的實(shí)驗(yàn)裝置在 THz時(shí)域光譜系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 ， 增加了一對(duì)同軸 拋物面鏡 。 和 90176。 透射譜 測(cè)量中經(jīng)常利用 p波入射的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)不同的需要，應(yīng)用不同的成像方法。自從美國(guó)的 Hu和 Nuss等人在 1995年首次建立起國(guó)際上第一套 THz成像裝置以來(lái)，許多科學(xué)家相繼開(kāi)展了電光取樣成像、層析成像、 THz單脈沖時(shí)域場(chǎng)成像、近場(chǎng)成像等的研究。 THz射線成像的基本原理是 ：利用 THz成像系統(tǒng)把成像樣品的透射譜或反射譜所記錄的 信息 進(jìn)行處理和分析 ， 得到樣品的 THz圖像 。 其參數(shù)提取方法與透射式光譜系 統(tǒng)有相似性 。 這是因?yàn)閽呙? 參考信號(hào)時(shí) ， 在樣品架的位置應(yīng)該放上與樣品的表面結(jié)構(gòu)基本一樣的金屬反 射鏡 ， 而且要求反射鏡的位置和樣品的位置嚴(yán)格復(fù)位 。 其中 n為折射率 ， κ為消光系數(shù) ， 一般它們都是頻率的函數(shù) 。 實(shí)驗(yàn)中 THz時(shí)域光譜系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)是不隨時(shí)間改變的 ， 同時(shí)要求所測(cè)的樣品結(jié) 構(gòu)均勻
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