太赫茲實(shí)時成像中關(guān)鍵技術(shù)的研究與改進(jìn).pdf

1、太赫茲光電子學(xué)是近幾十年來，伴隨著超快激光技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一門新興的光學(xué)學(xué)科。太赫茲脈沖實(shí)時成像技術(shù)在此領(lǐng)域中占有重要的位置，其結(jié)合了太赫茲光譜與成像技術(shù)的特點(diǎn)，可以對樣品的二維光學(xué)信息進(jìn)行精確提取。基于其本身的技術(shù)特點(diǎn)，太赫茲實(shí)時成像可以大大縮短成像測量的實(shí)驗(yàn)耗時，增強(qiáng)太赫茲成像技術(shù)的實(shí)用性。由于太赫茲輻射具有很多獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，使太赫茲實(shí)時成像技術(shù)在基礎(chǔ)研究、工業(yè)、軍事、生物及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用潛力。
　　本論文以太

2、赫茲實(shí)時成像中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)為對象，包括反射測量、準(zhǔn)近場測量、差分探測和偏振探測，從成像的測量方式、成像分辨率的提高、系統(tǒng)信噪比的優(yōu)化以及偏振信息的獲取四個方面，詳細(xì)地研究了該成像系統(tǒng)的改進(jìn)方案，增強(qiáng)了系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，促進(jìn)太赫茲實(shí)時成像技術(shù)的實(shí)用化。主要研究工作概括如下：
　　研究了太赫茲脈沖反射實(shí)時成像技術(shù)，測量了隱蔽物體的三維太赫茲信息。利用太赫茲脈沖反射實(shí)時成像系統(tǒng)，對一個隱蔽在高阻硅片后的金屬十字進(jìn)行層析測量，通過由樣品

3、內(nèi)部反射的太赫茲脈沖序列，測量了樣品內(nèi)各層面的形態(tài)信息。利用從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中提取的太赫茲脈沖時空分布圖，分析了樣品內(nèi)部的縱向信息，計算了樣品內(nèi)各界面之間的距離。此外，搭建了一套太赫茲脈沖垂直反射光譜系統(tǒng)，為對成像系統(tǒng)的進(jìn)一步改良奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　研究了太赫茲脈沖準(zhǔn)近場實(shí)時成像技術(shù)，測量并分析了其成像性能。利用刀片法對太赫茲脈沖準(zhǔn)近場成像系統(tǒng)的分辨率進(jìn)行了詳細(xì)的研究，分析了其亞波長成像特性。通過對每個單一頻率成分的分辨率進(jìn)行測量，分析

4、了光波頻率對于成像分辨率的影響。利用不同厚度的金屬板進(jìn)行分辨率測量，分析了樣品厚度對于成像質(zhì)量的影響。利用本系統(tǒng)對三種金屬孔陣列樣品進(jìn)行成像測量，驗(yàn)證了本系統(tǒng)的成像能力。
　　將差分探測方法引入了太赫茲實(shí)時成像測量中，研究了太赫茲脈沖差分成像技術(shù)。通過實(shí)驗(yàn)和理論上的分析，闡述了太赫茲脈沖差分成像系統(tǒng)的設(shè)計原理與優(yōu)勢。提出了一種數(shù)字圖像處理方法，實(shí)現(xiàn)了兩個圖像的自動匹配。利用刀片法對系統(tǒng)進(jìn)行分辨率測量，驗(yàn)證了差分探測技術(shù)的引入不會影

5、響成像質(zhì)量。利用本系統(tǒng)，對木質(zhì)浮雕和兩種化學(xué)物質(zhì)的粉末樣品分別進(jìn)行成像測量，并通過與傳統(tǒng)方法的測量結(jié)果進(jìn)行比較，分析了引入差分探測技術(shù)，對于提高成像系統(tǒng)的信噪比與光譜測量精度方面的作用。
　　提出了一種太赫茲偏振測量方法，研究了太赫茲脈沖偏振實(shí)時成像技術(shù)。通過改進(jìn)太赫茲脈沖差分成像系統(tǒng)，利用二分之一波片調(diào)整探測光偏振態(tài)，進(jìn)而對太赫茲偏振態(tài)進(jìn)行測量。從理論和實(shí)驗(yàn)上分別對此方法的原理進(jìn)行了闡述和驗(yàn)證。利用本系統(tǒng)對由線柵偏振片調(diào)制的太赫