实验分析连续太赫兹反射扫描成像测量效果

材料、高温超导材料、细胞水平的成像领域有广泛的应用。太赫兹技术将是21世纪重大的新兴科学技术领域之一[1]。太赫兹的频率很高、波长很短，具有很高的时域频谱信噪比，且在复杂环境中传输损耗很少，可以穿透实体对其内部进行扫描，是系统分辨率成像测量中的理想技术。

1.2 连续太赫兹反射扫描成像的原理

连续太赫兹反射扫描成像，其主要就是通过应用太赫兹激光器，从而产生连续THz激光，当光波通过斩波器之后，就可以产生一系列太赫兹脉冲。在实际应用中，为了可以消除太赫兹光发散[2]，可以采用聚乙烯的透镜准直光路，从而将激光在待测样品上聚焦。将被测的样品放置在由计算机控制编程的线性步进平台中，对其沿x，y方向进行线性扫描，使被测样品能够在光焦处实现二维移动，不仅可以达到较好成像效果，也可以将该样品信息聚焦在THz光探测器之上[3]，能够将光波光强转换成为电压值；可将转换后得到的电信号，再经过进行采样、A/D转化后，就可以将得到的数据传输给计算机，并通过相关软件构建出太赫兹图像，通过连续太赫兹反射扫描成像测量，得出测量结果，如图1所示。

2 应用优势分析

可以应用太赫兹电磁辐射采取非侵入式、非电离、非接触手段，检测塑料、枯木、炸药陶瓷等介质材料，其对于任何空隙、分层、夹杂物等影响折射率的缺陷都可以观察到。THz 脉冲的典型脉宽在ps量级，不但可以方便地进行时间分辩的研究，而且通过取样测量技术，能够有效地抑制远红外背景噪声的干扰[4]。THz 脉冲源通常只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖从GHz 直至几十THz 的范围，许多生物大分子的振动和转动能级，电介质、半导体材料、超导材料、薄膜材料等的声子振动能级落在THz 波段范围[5]。因此THz 时域光谱技术作为探测材料在THz 波段信息的一种有效的手段，非常适合于测量材料吸收光谱，可用于进行定性鉴别的工作。THz 光子的能量低，只有几毫电子伏特，因此不容易破坏被检测物质[6]。由于太赫兹能量很小，不会对物质产生破坏作用，所以与X射线相比更具有优势。THz成像技术也是利用THz射线照射被测物，通过物品的透射或反射获得样品的信息，进而成像[7]。对于实际中的 连续太赫兹反射扫描成像技术，有着THz时域光谱性[8]，可以对物质集中进行功能成像，获得物质内部的折射率分布，通过对比实物照片和相应方法重构的THz 透射图像，能清晰地分辨出被测量物体的实际形状。

3 星形分辨率成像测量实验

3.1 实验方案

成像系统需要复制出的物体细节数量，为了获得精确的测量，可以根据分辨率结果，分析连续太赫兹反射扫描成像测量结果。计算机传感器分辨率（S）：

[S=FOV分辨率×2 =FOV最小特征的大小×2]

为有效分析实际中连续太赫兹反射扫描成像测量效果，自行设计星形分辨率测试卡，采取连续太赫兹反射扫描成像测量方法与传统传统刀口法，对其分辨率成像进行成像测量，分析其测量结果的准确性。如图2所示为星形分辨率测试卡。

实验室的仪器设备主要有，激光器泵浦的连续THz 激光器，THz 时域光谱系统（包括脉冲THz 波发射器和接收器），THz实时成像系统和扫描成像系统，THz探测器，热释电红外功率计，扫描电镜及Protel，Origin，Matlab等软件。

3.2 测量方法

刀口法测量之中，可以应用刀口仪进行测量，能够将解像率板放在平行的光管前面，然后能够让灯均匀的照射在解像率板上，之后经平行光管的成像作用，就能够将这个像作为本镜头被摄物；在经过汇聚被测镜头后，就能够在该镜头像的方焦平面处，形成清晰影像，那么对于测量者，就可以通过显做镜去观看影像，得出该解镜头解像率。连续太赫兹反射扫描成像测量中，应用P4⁃42热释电探测器进行测量，并结合PCI⁃9812数据采集卡（凌华公司生产）来采集数据，将采集的数据传输到计算机中，重建出扫描图像，并可运用太赫兹成像扫描技术，重建图像数据采集与图像，利用Register_Card函数释放采集卡，对获取的各个点进行扫描，将得到的数据在计算机中进行比较分析，从而可积极构建出采样物品的太赫兹图像。分析电压信号峰值，从而得出被测量样品每个点吸收强度，对各个位置点进行连续太赫兹反射扫描成像得到xyt格式的太赫兹成像数据，测量系统分辨率。

3.3 实验结果分析

在本次实验中，连续太赫兹反射扫描成像测量，连续太赫兹反射扫描成像测量中得出系统分辨率测量结果为1.237 lp/mm，其对应线宽为0.393 mm，与刀口法测量结果一致，且与传统刀口法相比较，可以简化测量过程，准确得出测量结果，所以该方法有应用优势。每个不同层之间引起入射太赫兹脉冲的反射和衰减的传播。传播脉冲和它们的回声（延迟层反射）延迟的差异能够表征厚度特征和内部结构的状态。太赫兹波与扫描样品之中，对于其各个投射位置是相互对应的，并不容易发生混乱像素点的现象。该系统的数据采集模块应用编程驱动采集卡进行工作，根据太赫兹波扫描像素中的每个点，就可以通过光强分析、相位分析以及时间延时等，获取较大信息量的数据，重新构建出采样物品的实际图像。太赫兹测量中，可以观察、分层配置文件显著差异取决于深度检查，因此脉冲太赫兹TDS方法可能是一个非常有效的工具在多层复合材料的无损评价。

4 结 论

综上所述，在实际系统分辨率测量中，采取连续太赫兹反射扫描成像测量方法，可以方便地测量出系统的分辨率，可以简化系统分辨率特性测量过程，得出直观、准确的系统分辨率测量结果，发挥积极应用价值。

参考文献

[1] 高翔，李超，谷胜明，等.一种T形太赫兹成像系统的设计[J].红外与毫米波学报，2012，31（3）：197⁃202.

[2] 李琦，夏志伟，丁胜晖，等.采用非局部均值的连续太赫兹图像去噪处理[J].红外与激光工程，2012，41（2）：517⁃522.

[3] 胡伟，常天英，王玮琪，等.太赫兹扫描光路系统的仿真与分析[J].半导体光电，2015，36（3）：478⁃481.

[4] 向博，王龙，孟洪福，等.太赫兹成像系统的研究[J].空间电子技术，2013（4）：65⁃67.

[5] 袁仕继，孙明峰，翟冰.输变电设备对无线电信号的影响[J].太赫兹科学与电子信息学报，2015，13（1）：90⁃93.

[6] 刘一客，刘禹彤，许向东，等.棕树叶的形貌、成分及光谱特性研究[J].物理学报，2015，64（6）：386⁃393.

[7] 罗闯，赵书俊，蒋伟，等.基于PCI⁃9812的太赫兹成像数据采集系统设计[J].现代电子技术，2010，33（8）：200⁃201.

[8] 孟令坤，袁杰.太赫兹成像系统的分析与控制[J].现代电子技术，2011，34（12）：131⁃134.

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