一种太赫兹光声单像素成像装置及成像方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种太赫兹光声单像素成像装置及成像方法。成像装置包括光源模块、空间光调制模块、太赫兹光调制模块、太赫兹光声探测模块及处理模块；光源模块用于输出泵浦激光束和太赫兹光束；空间光调制模块用于将泵浦激光束调制后传输至太赫兹光调制模块；太赫兹光调制模块用于将太赫兹光束调制后传输至待成像物体；太赫兹光声探测模块包括太赫兹光声材料和超声探测器，太赫兹光声材料用于在太赫兹光的激发下产生光声信号，超声探测器用于将光声信号转换为电信号；处理模块用于根据电信号实现待成像物体的单像素成像。本发明专利技术实施例的技术方案，具有成本低、使用便捷、时间分辨率和空间分辨率高等优点，可以用于对待成像物体的近场太赫兹成像。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹光声单像素成像装置及成像方法
本专利技术实施例涉及太赫兹成像技术，尤其涉及一种太赫兹光声单像素成像装置及成像方法。
技术介绍
太赫兹光的频率在0.1THz～10THz范围内，处于毫米波和红外波之间。由于太赫兹光具有低光子能量、丰富的吸收谱、穿透性好等优点，近年来在安检、超材料、生物医学、半导体、食品药品等方面得到广泛应用。其中太赫兹成像涉及的领域包括基于结构探测的安全检查、基于分子光谱的生物探测等研究。由于太赫兹具有较低的光子能量，其检测与x射线相比是无害的。然而，太赫兹成像存在着一些问题：一是太赫兹成像探测器的成本较高，常用的太赫兹成像探测器件价格昂贵，可达数十万；二是由于太赫兹的波长较长，太赫兹远场成像分辨率受限于衍射极限，难以提高。近年来，人们提出了一种新的单像素检测技术代替普通的阵列扫描技术，利用单元素探测器比传统的探测器阵列可以一定程度降低成本。但仍存在成本较高、分辨率有待提高等缺点。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种太赫兹光声单像素成像装置及成像方法，该太赫兹光声单像素成像装置具有成本低、使用便捷、时间分辨率和空间分辨率高等优点，可以用于对待成像物体的近场太赫兹成像。第一方面，本专利技术实施例提供一种太赫兹光声单像素成像装置，包括光源模块、空间光调制模块、太赫兹光调制模块、太赫兹光声探测模块以及处理模块；所述光源模块用于输出泵浦激光束和太赫兹光束；所述空间光调制模块用于接收所述泵浦激光束，并将所述泵浦激光束根据预设的单像素成像调制图样调制后传输至所述太赫兹光调制模块；所述太赫兹光调制模块与待成像物体相邻，用于接收所述太赫兹光束，并将所述太赫兹光束根据所述单像素成像图样调制后传输至所述待成像物体；所述太赫兹光声探测模块设置于所述太赫兹光调制模块的输出端，所述太赫兹光声探测模块包括太赫兹光声材料和超声探测器，所述太赫兹光声材料用于在经过所述待成像物体的太赫兹光的激发下产生光声信号，所述超声探测器用于将所述光声信号转换为电信号；所述处理模块与所述超声探测器连接，用于根据所述电信号实现所述待成像物体的单像素成像。可选的，还包括温度控制模块，用于调整所述太赫兹光声材料的温度，实现探测灵敏度的调谐。可选的，所述太赫兹光声材料包括水、离子水溶液、液态无水离子溶液、碳纳米管和聚甲基硅氧烷的组合、硫化铜纳米粒子或吸收太赫兹光的超材料中的任意一种。可选的，所述光源模块包括脉冲激光器、分束器、第一反射镜组、第二反射镜组、光栅、二分之一波片、第一透镜以及非线性晶体；所述分束器用于将所述脉冲激光器输出的脉冲激光分为第一光束和第二光束，所述第一光束依次经过所述第一反射镜组、所述光栅、所述二分之一波片和所述第一透镜后聚焦到所述非线性晶体，以激发所述太赫兹光束，所述第二光束作为所述泵浦激光束，经过所述第二反射镜组后入射至所述空间光调制模块。可选的，还包括抛物面镜组，所述抛物面镜组用于将所述非线性晶体输出的所述太赫兹光束聚焦到所述太赫兹光调制模块。可选的，还包括位于所述空间光调制模块输出端的第二透镜，所述第二透镜用于将所述空间光调制模块的输出光束聚焦至所述太赫兹光调制模块。可选的，所述非线性晶体包括铌酸锂晶体。可选的，所述空间光调制模块包括数字微镜器件。可选的，所述太赫兹光调制模块包括高阻硅片、蓝宝石或二氧化钒。第二方面，本专利技术实施例还提供一种太赫兹光声单像素成像方法，由上述任一所述的太赫兹光声单像素成像装置执行，包括：光源模块输出泵浦激光束和太赫兹光束；空间光调制模块接收所述泵浦激光束，并将所述泵浦激光束根据预设的单像素成像调制图样调制后传输至太赫兹光调制模块；所述太赫兹光调制模块接收所述太赫兹光束，并将所述太赫兹光束根据所述单像素成像图样调制后传输至待成像物体；太赫兹光声材料在经过所述待成像物体的太赫兹光的激发下产生光声信号，超声探测器将所述光声信号转换为电信号；处理模块根据所述电信号实现所述待成像物体的单像素成像。本专利技术实施例提供的太赫兹光声单像素成像装置，包括光源模块、空间光调制模块、太赫兹光调制模块、太赫兹光声探测模块以及处理模块；通过光源模块输出泵浦激光束和太赫兹光束；泵浦激光束传输到空间光调制模块，根据空间光调制模块上预设的单像素成像调制图样调制后传输至太赫兹光调制模块，进而对太赫兹光束的振幅进行调制；太赫兹光调制模块与待成像物体相邻，太赫兹光束传输到太赫兹光调制模块，并将太赫兹光束根据单像素成像图样调制后传输至待成像物体；通过太赫兹光声探测模块基于光声效应将太赫兹光信号转换为光声信号，进一步将光声信号转换为单像素的哈达玛电信号；通过处理模块根据电信号实现待成像物体的单像素成像。通过结合光声探测与太赫兹成像技术，实现一种低成本、高时间分辨率的太赫兹光声成像，太赫兹光声材料和超声探测器的有效集成可以实现更低成本的太赫兹信号探测器件，并利用声学探测器的快响应速度提高单像素成像的成像速率，可以实现亚波长尺寸的成像分辨率。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种太赫兹光声单像素成像装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的另一种太赫兹光声单像素成像装置的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的又一种太赫兹光声单像素成像装置的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种太赫兹光声单像素成像方法的流程示意图；图5和图6分别是本专利技术实施例对T字形图形全采样的成像结果示意图；图7～图9分别是对图6在重构算法下90％、75％、50％采样率下的成像结果示意图；图10是本专利技术实施例提供的一种带温度控制模块的太赫兹光声单像素成像装置的局部结构示意图；图11是本专利技术实施例在温度控制模块温度控制下信号变化的测试结果示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅展示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。在本专利技术实施例中使用的术语是仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。需要注意的是，本专利技术实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本专利技术实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。单像素成像是从可见光和红外波段开始的，其概念是由Donoho和Candes在2004年提出的压缩感知理论发展起来的。2008年，莱斯大学开始开发单像素相机，在此基础上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹光声单像素成像装置，其特征在于，包括光源模块、空间光调制模块、太赫兹光调制模块、太赫兹光声探测模块以及处理模块；/n所述光源模块用于输出泵浦激光束和太赫兹光束；/n所述空间光调制模块用于接收所述泵浦激光束，并将所述泵浦激光束根据预设的单像素成像调制图样调制后传输至所述太赫兹光调制模块；/n所述太赫兹光调制模块与待成像物体相邻，用于接收所述太赫兹光束，并将所述太赫兹光束根据所述单像素成像图样调制后传输至所述待成像物体；/n所述太赫兹光声探测模块设置于所述太赫兹光调制模块的输出端，所述太赫兹光声探测模块包括太赫兹光声材料和超声探测器，所述太赫兹光声材料用于在经过所述待成像物体的太赫兹光的激发下产生光声信号，所述超声探测器用于将所述光声信号转换为电信号；/n所述处理模块与所述超声探测器连接，用于根据所述电信号实现所述待成像物体的单像素成像。/n

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹光声单像素成像装置，其特征在于，包括光源模块、空间光调制模块、太赫兹光调制模块、太赫兹光声探测模块以及处理模块；
所述光源模块用于输出泵浦激光束和太赫兹光束；
所述空间光调制模块用于接收所述泵浦激光束，并将所述泵浦激光束根据预设的单像素成像调制图样调制后传输至所述太赫兹光调制模块；
所述太赫兹光调制模块与待成像物体相邻，用于接收所述太赫兹光束，并将所述太赫兹光束根据所述单像素成像图样调制后传输至所述待成像物体；
所述太赫兹光声探测模块设置于所述太赫兹光调制模块的输出端，所述太赫兹光声探测模块包括太赫兹光声材料和超声探测器，所述太赫兹光声材料用于在经过所述待成像物体的太赫兹光的激发下产生光声信号，所述超声探测器用于将所述光声信号转换为电信号；
所述处理模块与所述超声探测器连接，用于根据所述电信号实现所述待成像物体的单像素成像。


2.根据权利要求1所述的太赫兹光声单像素成像装置，其特征在于，还包括温度控制模块，用于调整所述太赫兹光声材料的温度，进而实现探测灵敏度的调谐。


3.根据权利要求1所述的太赫兹光声单像素成像装置，其特征在于，所述太赫兹光声材料包括水、离子水溶液、液态无水离子溶液、碳纳米管和聚甲基硅氧烷的组合、硫化铜纳米粒子或吸收太赫兹光的超材料中的任意一种。


4.根据权利要求1所述的太赫兹光声单像素成像装置，其特征在于，所述光源模块包括脉冲激光器、分束器、第一反射镜组、第二反射镜组、光栅、二分之一波片、第一透镜以及非线性晶体；
所述分束器用于将所述脉冲激光器输出的脉冲激光分为第一光束和第二光束，所述第一光束依次经过所述第一反射镜组、所述光栅、所述二分之...

【专利技术属性】
技术研发人员：田震，易智豪，李娇，姚怡昕，江丽雯，陈勰宇，胡梦媛，杨兴业，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12