1 天津大学精密仪器与光电子工程学院,激光与光电子研究所,天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
太赫兹(THz)波是频率范围在0.1~10 THz的电磁波,具有低能性、宽带性、指纹光谱、对水敏感等特点。随着太赫兹技术的发展,太赫兹成像技术在生物医学诊断、无损检测和安检等领域表现出许多独特的优点,得到了越来越广泛的关注。主要概述目前常用的太赫兹成像技术,详细介绍脉冲太赫兹成像技术、连续太赫兹成像技术、太赫兹近场成像技术及太赫兹实时成像技术的发展现状,并介绍太赫兹成像技术在安全检查、无损检测和生物医学领域的典型应用,最后对太赫兹成像技术的未来发展进行展望。
太赫兹波 太赫兹成像 远场成像 近场成像 实时成像 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811004
李洪波 1,2,3,4,5徐靖银 4,5魏文寅 4,5李恩恩 1,2,3,4,5[ ... ]方广有 1,2,3,4,5,**
1 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
2 中国科学院电磁辐射与探测技术院重点实验室,北京 100190
3 中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049
4 中国科学院广东大湾区空天信息研究院,广东 广州 510700
5 广东省太赫兹量子电磁学重点实验室,广东 广州 510700
太赫兹(THz)近场成像是突破光学衍射极限实现太赫兹超分辨成像的重要方法,对研究材料表面的超快动力学过程具有重要的意义。扫描隧道显微镜(STM)是一种能实现原子级分辨的设备,但引入时间尺度,面临诸多困难。早期从STM固有电学方法发展的时间分辨方法的分辨率受限于电信号传输带宽,基于光信号耦合的泵浦探测方法则面临微带线传输带宽和严重的热效应等限制。在此背景下,THz-STM以低热效应、高隧穿效率、高稳定性等独有的优势为实现100 fs量级和0.1 nm级超高时空分辨成像提供了解决方案,成为太赫兹近场超分辨成像的研究热点。介绍时间分辨STM到THz-STM的发展历史,着重介绍THz-STM的基本原理和现状,为了解THz-STM技术在太赫兹近场超分辨成像中的应用和发展提供了思路。
太赫兹 近场成像 高时空分辨 扫描隧道显微镜 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811001
南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室,天津 300350
受衍射极限的限制,传统太赫兹成像分辨率在毫米量级,无法满足目前前沿研究向微纳米尺度发展的主要趋势。高时空分辨率太赫兹成像技术成为当下太赫兹领域最重要的研究热点之一。近场太赫兹成像技术是实验中将太赫兹成像分辨率提升至微纳米量级的重要方法。介绍了近场太赫兹成像技术的基本原理,详述了多种近场太赫兹成像技术的发展历程与技术路线,从时空分辨能力、频谱分辨能力、成像质量、成像信噪比和适用场景等多个角度分析并总结了各种近场太赫兹成像技术的优势和不足。最后,讨论并展望了太赫兹超分辨成像未来的发展趋势。
成像系统 太赫兹技术 超分辨太赫兹成像 太赫兹近场成像
1 中国科学院国家空间科学中心 中国科学院微波遥感技术重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
近场成像是干涉式被动毫米波成像技术的重要应用领域,阵列构型是影响近场相位误差的重要因素。搭建二维合成孔径近场成像仿真系统,实现目标场景生成、近/远场前向仿真、图像重构和近场相位误差等功能。利用该系统对空间分辨力相同条件下的常用二维天线阵型的近场误差进行定量评估和分析,针对二单元的近场扫描成像试验系统,提出一种将接收机通道误差、近场相位误差分步校正的自定标方法。比较基于参考点源的近场成像方法,该方法仅需先验距离信息,无需再对参考点源进行成像,具有操作简单、成像速度快的优势。
合成孔径 近场成像 亮温重建 天线阵列 误差评估 误差校正 synthetic aperture near–field imaging brightness temperature reconstruction antenna array error evaluation error correction 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(6): 1027
太赫兹(THz)波具有能量低、穿透性强、频带宽等特点,因而太赫兹成像技术在无损检测、生物医药、安全检测等众多领域得到了广泛应用,在实际应用中如何提高太赫兹成像的分辨力变得越来越重要。由于太赫兹近场成像技术可突破衍射极限,获得分辨力为亚微米甚至是纳米量级的高质量图像,基于近场技术的高分辨THz成像技术相继被提出,并得到了进一步的应用。本文首先阐述了太赫兹近场成像的基本原理;其次总结了近场成像进展及增强方法;最后对太赫兹近场成像的未来进行了展望。
太赫兹 近场成像 分辨力 terahertz near-field imaging resolution 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(5): 784
上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海市现代光学系统重点实验室,上海 200093
太赫兹(THz)波是频率位于0.1 THz~10 THz的电磁波。因其具有非电离性,以及可与多数生物分子产生共振响应等特性,在生物医学领域有着巨大应用潜力,尤其在肿瘤检测方面。太赫兹成像技术作为生物医学领域一种新的成像技术,吸引国内外多个研究小组对其开展深入研究。本文列举分析了多种太赫兹成像技术在肿瘤检测的应用,其中可分为太赫兹扫描成像、太赫兹层析成像、太赫兹全息成像以及太赫兹近场成像,介绍了这些成像方式的基本原理以及国内外研究现状,最后对太赫兹成像技术在生物领域的未来做出展望。
太赫兹脉冲成像 连续波太赫兹成像 太赫兹层析成像 太赫兹全息成像 太赫兹近场成像 terahertz pulse imaging continuous-wave terahertz imaging terahertz tomography imaging terahertz holography imaging terahertz near-field imaging
太赫兹成像雷达具有合成孔径时间短、分辨力高的优点,适用于近场探测,但由于器件成熟度相对不高,雷达系统常存在较大的系统失真,会降低信号质量;同时,系统固有延时的存在会引起距离测量误差,二者均会恶化雷达成像的质量。针对系统失真和固有延时,提出了最小二乘法估计的幅相误差补偿方法和固有延时补偿方法,并给出了系统误差的测量方法。试验测试结果表明,用该方法对系统进行补偿后能有效提高图像空间分辨力,改善图像质量。
太赫兹 近场成像 系统误差 补偿 terahertz near-field imaging system distortion compensation 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(1): 1