1 北京工业大学理学部物理与光电工程系，北京 100124
2 北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心，北京 100124
3 深圳大学物理与光电子工程学院，广东 深圳 518000
4 深圳市微纳光子信息技术重点实验室，广东 深圳 518000
太赫兹波作为一种穿透性强、具有非电离性和惧水性的电磁波，可以穿透多种非金属、非极性介质材料。太赫兹计算层析成像技术基于傅里叶中心切片定理和直线传播模型，通过记录不同投影角度下的强度数据，采用滤波反投影等重建算法获得样品三维吸收系数分布和内外部结构信息分布。随着太赫兹成像器件的不断发展和应用场景的拓展，已发展出多种照明模式、成像光路和重建算法，并已在文物保护、骨密度测量和无损检测领域开展了应用探索。概述太赫兹计算层析技术的基本原理，并从提高重建质量、分辨率和采集效率三方面具体介绍太赫兹计算层析成像技术的最新研究。
太赫兹成像 计算层析 三维成像 照明光场调控 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211012
1 北京工业大学理学部，北京 100124
2 北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心，北京 100124
太赫兹同轴数字全息是一种全场、无透镜、定量相衬成像方法，具有简单且稳健的光路结构，适合太赫兹波应用，然而其固有的孪生像问题会严重降低再现像的质量。提出一种将物理模型和卷积神经网络相结合的迭代相位复原方法，在无需施加约束以及准备预训练的标记数据集情况下，可从单幅同轴数字全息图中高保真度地恢复出样品的复振幅分布，并充分抑制孪生像干扰。仿真和实验结果表明了该方法的可行性，再现像质量优于目前主流方法，即基于物理增强神经网络的方法可以进一步拓展太赫兹数字全息成像的应用范围。
连续太赫兹波 同轴数字全息 神经网络 相位复原 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811002
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics and Optoelectronics Engineering, Faculty of Science, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
2 Beijing Engineering Research Center of Precision Measurement Technology and Instruments, Beijing 100124, China
The converging lens is one of the key components in high-resolution terahertz imaging. In this Letter, a binary diffractive lens is proposed for the scanning imaging system working at 278.6 GHz, in which a convergent beam with a waist diameter of 0.65 mm is generated, and 1 mm lateral imaging resolution is realized. This low-cost terahertz lens, constituted by concentric rings with different radii, is optimized by stimulated annealing algorithm and fabricated by three-dimensional printing. Compared with the conventional transmissive convex lens, higher resolution and enhanced imaging quality are achieved via smaller focal spot of the illumination beam. This type of lens would promote terahertz imaging closer to practical applications such as nondestructive testing and other scenarios.
terahertz imaging binary diffractive lens phase modulation three-dimensional printing Chinese Optics Letters
2023, 21(3): 030501
Author Affiliations
Abstract
1 College of Physics and Optoelectronics, Faculty of Science, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
2 Beijing Engineering Research Center of Precision Measurement Technology and Instruments, Beijing 100124, China
3 Beijing-Dublin International College, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
Three-dimensional (3D) refractive index (RI) distribution is important to reveal the object’s inner structure. We implemented terahertz (THz) diffraction tomography with a continuous-wave single-frequency THz source for measuring 3D RI maps. The off-axis holographic interference configuration was employed to obtain the quantitative scattered field of the object under each rotation angle. The 3D reconstruction algorithm adopted the filtered backpropagation method, which can theoretically calculate the exact scattering potential from the measured scattered field. Based on the Rytov approximation, the 3D RI distribution of polystyrene foam spheres was achieved with high fidelity, which verified the feasibility of the proposed method.
diffraction tomography three-dimensional terahertz imaging three-dimensional reconstruction algorithm refractive index measurement Chinese Optics Letters
2021, 19(12): 123701
1 北京工业大学应用数理学院，北京 100124
2 北京工业大学应用数理学院，北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心，北京 100124
太赫兹波具有独特的低能性、高穿透性、惧水性等成像特性，将其应用于相衬成像能够反映物体的内部结构和更加丰富全面的生物信息，在生物医学检测等领域具有重要的应用。其中，太赫兹波数字全息成像是一种可以给出定量的振幅和相位信息的非接触、全场相衬成像方法，是太赫兹成像技术领域的重要研究方向之一。本文基于连续太赫兹源，从离轴式和同轴式数字全息成像的相衬成像原理、光路系统和再现算法多个方面，介绍了相关技术的研究现状，分析了太赫兹源、再现算法等因素对成像分辨率的影响，并对太赫兹数字全息的发展趋势进行了展望。
太赫兹成像 数字全息 分辨率 相衬成像 terahertz imaging digital holography resolution phase contrast imaging
1 赣南师范大学物理与电子信息学院, 江西 赣州 341000
2 北京工业大学应用数理学院, 北京100124
当被测物体不满足稀疏条件时,传统同轴数字全息相位恢复方法无法消除共轭像的干扰,也无法获得正确的相位重建结果;而离轴数字全息受最小记录距离的限制分辨率较低。为此,提出了一种将离轴和同轴数字全息相结合的复合数字全息成像方法。该方法只需记录一幅离轴全息图和一幅同轴全息图;采用约束最优化算法从离轴全息图中得到记录平面内物光波的近似相位分布;将此相位信息与同轴全息图的强度信息合成记录面内物光波复振幅的初始值;再利用迭代算法实现物体强度像和相位像的高分辨率重建,该方法的理论分辨率与图像传感器的分辨率相同。实验结果表明,该方法可以充分利用图像传感器的空间带宽积,能在对复杂物体成像时消除共轭像,实现大视场、高分辨率数字全息成像,实验成像分辨率接近理论分辨率。
全息 相位恢复 大视场 高分辨率
1 北京工业大学应用数理学院, 北京 100124
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川绵阳 621999
3 北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心, 北京 100124
太赫兹波数字全息成像技术结合了太赫兹成像技术和数字全息成像技术的优势, 是一种新型相衬成像技术, 具有光源相干性要求低、光路结构简单、实时定量获取物光波复振幅信息等特点, 非常适用于太赫兹波段成像。影响数字全息成像技术分辨力的因素有多种, 其中一个主要因素是探测器靶面尺寸的大小, 因此, 提出合成孔径方法扩大探测器靶面尺寸, 提高太赫兹数字全息的成像分辨力。文中搭建了连续太赫兹波同轴数字全息成像装置, 获取了样品高质量、高分辨力的振幅和相衬图像。实验结果有效说明了合成孔径方法可以提高太赫兹数字全息成像分辨力。
太赫兹成像 数字全息成像 合成孔径 高分辨力 terahertz imaging digital holography imaging synthetic aperture high resolution 太赫兹科学与电子信息学报
2017, 15(3): 358
1 北京工业大学 a.应用数理学院
2 b.北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心，北京 100124
3 中国工程物理研究院 a.激光聚变研究中心，四川 成都 610041
4 b.微系统与太赫兹研究中心，四川 成都 610200
太赫兹波层析成像技术是利用太赫兹波的穿透性对样品进行旋转投影数据采集，通过层析重建算法获得样品的二维横截面图，并实现样品的三维内部结构图的重构。本文介绍了基于面阵式探测器连续太赫兹波层析成像系统。该成像系统的优势在于利用了面阵式探测器记录二维投影数据，相比扫描层析成像系统，提高了投影采集速率。为了获得高精确度的二维投影数据，利用角谱衍射传播算法将二维投影图传播至样品后表面，实现抑制太赫兹波在物体外部衍射效应，最终利用滤波反投影算法重建出高保真的样品三维内部结构图，并进一步探索了基于面阵式探测器的连续太赫兹波层析成像技术在无损检测和安全检测上的可行性。
太赫兹波成像 层析成像 面阵式 三维成像 terahertz imaging tomography arrays 3-D imaging 太赫兹科学与电子信息学报
2017, 15(1): 21
