THz成像技術(shù)介紹
更新更新時(shí)間:2018-04-13 點(diǎn)擊次數(shù):3876
THz成像技術(shù)是THz技術(shù)發(fā)展的重要方向之一,在國(guó)防、安檢、材料、生物和醫(yī)療領(lǐng)域都有著重大意義。目前THz成像技術(shù)主要分為:掃描成像和THz面陣探測(cè)器直接成像,但是這兩種方式都面臨著重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。
首先,THz掃面成像,這種方式多應(yīng)用在時(shí)域光譜領(lǐng)域中,掃面成像需要的時(shí)間較長(zhǎng),無(wú)法實(shí)時(shí)成像,且隨著空間分辨率的提高及掃描面積的加大,所需要的時(shí)間越長(zhǎng),使得這種方式的發(fā)展在很多應(yīng)用中受到限制,如國(guó)防、安檢、生物醫(yī)療等;另該方式產(chǎn)生的THz輻射較弱,相應(yīng)的穿透力較弱,且由于水對(duì)于THz的吸收,使其無(wú)法在空氣中較長(zhǎng)距離的傳輸,這也限制了該方式在很多領(lǐng)域的應(yīng)用。
其次,THz面陣探測(cè)器直接成像,這種方式可做實(shí)時(shí)成像,且由于目前THz激光器的功率可以做到幾百毫瓦接瓦級(jí),所以可以實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)距離的實(shí)時(shí)成像。這種方式原本應(yīng)該是成像應(yīng)用中的方式,但是由于THz面陣探測(cè)器的研發(fā)難度較大,目前領(lǐng)域內(nèi)的THz面陣探測(cè)器空間分辨率較低,靶面較小,靈敏度較低,這些都限制著THz面陣探測(cè)器直接成像技術(shù)的發(fā)展。
美國(guó)Microtech公司推出了THz上轉(zhuǎn)換成像技術(shù)
該技術(shù)利用THz光束和1064nm光束的差頻及和頻,利用普通的CCD成像,較大程度的提高了空間分辨率、靈敏度及靶面大小。
圖1. 實(shí)驗(yàn)原理圖
圖1. THz非線性成像的實(shí)驗(yàn)原理圖(THz輻射入射到樣品上,然后聚焦到非線性晶體。1064nm的紅外光束和THz光束在晶體里重疊,THz光束上轉(zhuǎn)換成紅外光。透鏡的作用是讓上轉(zhuǎn)換光束在CCD上成像。1064nm的紅外背景需要用限波濾光片和偏振濾光片去除。)
圖2. 頻率變化示意圖
圖2. 1064nm泵浦光譜(黑線)。通過(guò)泵浦光和THz脈沖的混頻,頻率求和的是上轉(zhuǎn)換光束(藍(lán)色),頻率求差的光束(紅色)也會(huì)產(chǎn)生,對(duì)于ps脈沖,上轉(zhuǎn)換光譜能更好的從泵浦光中分出來(lái)。
目前,THz的寬帶、相干探測(cè)在科學(xué)界廣泛應(yīng)用,許多工業(yè)應(yīng)用要求THz光束在成像之前能在空氣或者其他材料中傳播。通過(guò)上轉(zhuǎn)換成近紅外的窄帶THz探測(cè)在增加信噪比方面比利用寬帶脈沖的電光取樣技術(shù)有潛在的數(shù)量級(jí)的優(yōu)勢(shì)。此外,窄帶THz的應(yīng)用會(huì)越加讓人滿意,因?yàn)檎瓗Hz可以調(diào)整為在長(zhǎng)光程中低衰減的大氣傳輸窗口。對(duì)于這一應(yīng)用,TPO是*的可以提供窄線寬、高平均功率和高峰值功率的理想的源
TPO太赫茲參量振蕩器是一個(gè)理想的用于非線性太赫茲成像的源,可以提供同步的THz脈沖和IR輻射。
- 在上轉(zhuǎn)換信號(hào)中,高重頻提供了高平均功率,使CCD相機(jī)更容易探測(cè)。
- 窄帶寬脈沖使上轉(zhuǎn)換信號(hào)更容易被分開(kāi),可以使用限波濾光片去除較強(qiáng)的泵浦光。
- 紅外光可以同時(shí)作為OPO和上轉(zhuǎn)換的泵浦光,使整個(gè)過(guò)程更同步。
相關(guān)產(chǎn)品:
產(chǎn)品參數(shù):
型號(hào) | 中心頻率 | 光譜寬度 | 脈沖寬度 | 平均功率 | 峰值功率 |
TPO-850 | 850 GHz | < 200GHz | 6 ±2ps | > 100uW | > 140mW |
TPO-1500 | 1.55 THz | < 200GHz | 6 ±2ps | > 100uW | > 140mW |
TPO-1500-HP | 1.55 THz | < 200GHz | 6 ±2ps | > 300uW | > 400mW |
注意:偏振方式:垂直方向的線偏振
工作原理:
鎖模光纖激光器使用10W平均功率,6ps脈沖和1064nm波長(zhǎng)泵浦OPO晶體。這些會(huì)下轉(zhuǎn)換到被0.85 THz或者1.55 THz分開(kāi)的2.1um的信號(hào)和閑頻脈沖。以準(zhǔn)相位方式同置于OPO腔內(nèi)的砷化鎵匹配的信號(hào)和閑頻脈沖之間產(chǎn)生差頻以生成一個(gè)穩(wěn)定的差頻輸出。
THz波會(huì)被提取出來(lái)通過(guò)帶有紅外通道的正確角度的拋物鏡,確保THz波校準(zhǔn)和反射出腔內(nèi)。使用一片長(zhǎng)波通過(guò)的濾光片當(dāng)做窗口來(lái)防止一些被忽略的低能的紅外型號(hào)分散進(jìn)入OPO,以保證0.85THz和1.5THz輸出的純度。此外,1um和2um的輸出也可以適應(yīng)泵浦探測(cè)和時(shí)域?qū)嶒?yàn)的要求。
應(yīng)用
- THz成像
- 泵浦探測(cè)實(shí)驗(yàn)
- THz光譜
- 非線性光學(xué)
TPO-850的典型光譜輸出 TPO-1500和TPO-1500-HP的典型光譜輸出