【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太赫兹成像，更具体地涉及一种太赫兹成像系统及方法。
技术介绍
1、太赫兹(thz)波，在电磁频谱中位于微波和红外光之间，处于宏观电子学向微观光子学的过渡阶段，覆盖半导体以及等离子体的特征能量、有机和生物分子的转动和振动能量。太赫兹波具有高穿透性、低能量性、指纹光谱等独特性质，这些属性使得太赫兹成像技术在国家安全、智能通讯和生物医学等多学科前沿领域具有潜在的应用价值。
2、传统太赫兹成像技术一般为逐点扫描式成像，成像速度慢，并且受限于衍射极限，仅具有亚毫米空间分辨率；目前实现突破衍射极限的成像技术主要是采用近场扫描成像技术，该技术主要有近场孔扫描技术和近场探针扫描技术。
3、然而近场成像技术也是对目标物体进行单像素点逐一扫描实现成像，具有成像时间长和区域小的缺点；另外该技术也对太赫兹光源和目标物体的要求较高，成像效率低，检测灵敏度不高，适应场景具有一定的局限性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种太赫兹成像系统及方法，以解决传统太赫兹成像技术受衍射极限和逐点扫描带来的分辨率低、成像速度慢、效率低以及灵敏度低的问题。
2、基于上述目的，本专利技术一方面提供一种太赫兹成像系统，包括：
3、太赫兹发射模块，用于发射太赫兹波；
4、照明模块，用于发射照明光；
5、共焦显微装置，用于将所述太赫兹波和所述照明光聚焦至样品台的待成像样品；
6、样品台，用于放置待成像样品并使所述待成像样品位
7、原子气体池，所述原子气体池内具有原子蒸气并用于接收携带待成像样品信息的太赫兹波；
8、激光光源，用于发射激光；
9、激光整形模块，用于对所述激光进行整形，并将整形后的激光传输至所述原子气体池，以使所述原子气体池内的原子在整形后的激光和携带待成像样品信息的太赫兹波的作用下产生携带待成像样品信息的可见光信号；
10、信号接收模块，用于将所述携带待成像样品信息的可见光信号转化为电信号；
11、数据处理模块，用于将所述电信号转化为图像。
12、进一步地，太赫兹发射模块包括太赫兹源和太赫兹准直透镜，所述太赫兹源位于所述太赫兹准直透镜的焦点处，用于产生太赫兹波，所述太赫兹波经过所述太赫兹准直透镜准直后照射在共焦显微装置，以使共焦显微装置将所述太赫兹波聚焦在所述待成像样品上。
13、进一步地，所述照明模块包括照明光源、透镜组、第一分束镜、第一聚焦透镜和第一探测器，所述第一探测器位于所述第一聚焦透镜的焦点处，所述照明光源用于产生照明光，所述照明光依次通过所述透镜组和所述第一分束镜后，由共焦显微装置聚焦在所述待成像样品上，所述反射光则经过所述共焦显微装置后照射在第一分束镜上，然后由所述第一分束镜反射至所述第一聚焦透镜，并被所述第一聚焦透镜聚焦在所述第一探测器，所述第一探测器设置为根据所述反射光对所述待成像样品进行成像。
14、进一步地，所述共焦显微装置包括二向色镜和聚焦物镜，所述二向色镜用于将所述太赫兹波反射至所述聚焦物镜并使所述照明光穿过而到达所述聚焦物镜，所述聚焦物镜用于将所述太赫兹波和所述照明光聚焦至所述待成像样品上。
15、进一步地，还包括控温装置，用于将所述原子气体池内的温度控制在预设值。
16、进一步地，所述激光光源用于发射至少两种波长的激光，且各激光的频率vi、太赫兹波的频率vt和里德堡原子的基态e0、里德堡态下能级e1和里德堡态上能级e2之间满足如下关系式：
17、其中i为激光的序号，i＝1,2…n，n为激光的总数。
18、进一步地，所述激光光源包括第一激光器、第二激光器和第三激光器，所述第一激光器用于产生第一波长的第一激光，所述第一激光将原子由基态激发至第一跃迁态；所述第二激光器用于产生第二波长的第二激光，所述第二激光将原子激发至第二跃迁态；所述第三激光器用于产生第三波长的第三激光；所述第三激光将原子激发至里德堡态下能级；携带待成像样品信息的太赫兹波将原子激发至里德堡态上能级，进而退激到第一跃迁态并辐射出可见光。
19、进一步地，所述激光整形模块包括第一整形装置、第二分束镜和第二整形装置，所述第一激光器、所述第二激光器、所述第一整形装置和所述第二分束镜均位于所述原子气体池的一侧，所述第三激光器和所述第二整形装置位于所述原子气体池的另一侧，所述第一激光器、所述第二分束镜和所述第一整形装置沿所述第一激光光路依次设置，所述第二激光器、所述第二分束镜和所述第一整形装置沿第二激光光路依次设置，所述第三激光器和所述第二整形装置沿第三激光光路依次设置；所述第一激光透过所述第二分束镜后到达所述第一整形装置，由所述第一整形装置整形后沿垂直于所述太赫兹波的传输方向照射至所述原子气体池；所述第二激光被所述第二分束镜反射后到达所述第一整形装置，由所述第一整形装置整形后沿垂直于所述太赫兹波的传输方向照射至所述原子气体池；所述第三激光照射至第二整形装置，由所述第二整形装置整形后，沿垂直于所述太赫兹波的传输方向照射至所述原子气体池；整形后的三束激光的光场和所述太赫兹波的光场在所述原子气体池上空间重叠。
20、进一步地，所述第一整形装置和所述第二整形装置均包括依次设置的棱镜对和柱透镜组，以将激光整形为光强分布均匀的二维片状，并使激光沿垂直于所述太赫兹波的传输方向照射至所述原子气体池；所述棱镜对和所述柱透镜组为消色差透镜。
21、进一步地，所述信号接收模块包括依次设置的第二聚焦透镜、窄带滤光片和第二探测器，所述第二聚焦透镜用于将携带待成像样品的可见光信号聚焦至所述第二探测器，所述窄带滤光片用于将所述可见光信号中的杂散光去除，所述第二探测器用于将所述可见光信号转化为电信号；所述第二探测器为焦平面可见光探测器。
22、进一步地，所述样品台和所述原子气体之间设有聚焦镜组，用于将携带待成像样品信息的太赫兹波准直聚焦在所述原子气体池。
23、进一步地，所述聚焦镜组为一组离轴抛物面反射镜。
24、本专利技术另一方面提供一种太赫兹成像方法，所述太赫兹成像方法采用如上所述的太赫兹成像系统实现，所述太赫兹成像方法包括：
25、照明模块发出照明光，所述照明光经共焦显微装置后聚焦在样品台的待成像样品上，以实现照明；所述照明光经过待成像样品反射的反射光由所述照明模块接收并成像，以便根据所述照明模块得到的成像结果对所述待成像样品进行定位；
26、太赫兹发射模块产生太赫兹波，太赫兹波经共焦显微装置后聚焦在待成像样品上；
27、携带待成像样品信息的太赫兹波穿过待成像样品，并传输至原子气体池；
28、激光光源发射激光，激光经激光整形模块整形后照射到原子气体池，以激发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种太赫兹成像系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，太赫兹发射模块包括太赫兹源和太赫兹准直透镜，所述太赫兹源位于所述太赫兹准直透镜的焦点处，用于产生太赫兹波，所述太赫兹波经过所述太赫兹准直透镜准直后照射在共焦显微装置，以使共焦显微装置将所述太赫兹波聚焦在所述待成像样品上。
3.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述照明模块包括照明光源、透镜组、第一分束镜、第一聚焦透镜和第一探测器，所述第一探测器位于所述第一聚焦透镜的焦点处，所述照明光源用于产生照明光，所述照明光依次通过所述透镜组和所述第一分束镜后，由共焦显微装置聚焦在所述待成像样品上，所述反射光则经过所述共焦显微装置后照射在第一分束镜上，然后由所述第一分束镜反射至所述第一聚焦透镜，并被所述第一聚焦透镜聚焦在所述第一探测器，所述第一探测器设置为根据所述反射光对所述待成像样品进行成像。
4.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述共焦显微装置包括二向色镜和聚焦物镜，所述二向色镜用于将所述太赫兹波反射至所述聚焦物镜并使所述照明光穿
5.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，还包括控温装置，用于将所述原子气体池内的温度控制在预设值。
6.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述激光光源用于发射至少两种波长的激光，且各激光的频率vi、太赫兹波的频率vT和里德堡原子的基态E0、里德堡态下能级E1和里德堡态上能级E2之间满足如下关系式：
7.根据权利要求6所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述激光光源包括第一激光器、第二激光器和第三激光器，所述第一激光器用于产生第一波长的第一激光，所述第一激光将原子由基态激发至第一跃迁态；所述第二激光器用于产生第二波长的第二激光，所述第二激光将原子激发至第二跃迁态；所述第三激光器用于产生第三波长的第三激光；所述第三激光将原子激发至里德堡态下能级；携带待成像样品信息的太赫兹波将原子激发至里德堡态上能级，进而退激到第一跃迁态并辐射出可见光。
8.根据权利要求7所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述激光整形模块包括第一整形装置、第二分束镜和第二整形装置，所述第一激光器、所述第二激光器、所述第一整形装置和所述第二分束镜均位于所述原子气体池的一侧，所述第三激光器和所述第二整形装置位于所述原子气体池的另一侧，所述第一激光器、所述第二分束镜和所述第一整形装置沿第一激光光路依次设置，所述第二激光器、所述第二分束镜和所述第一整形装置沿第二激光光路依次设置，所述第三激光器和所述第二整形装置沿第三激光光路依次设置；所述第一激光透过所述第二分束镜后到达所述第一整形装置，由所述第一整形装置整形后沿垂直于所述太赫兹波的传输方向照射至所述原子气体池；所述第二激光被所述第二分束镜反射后到达所述第一整形装置，由所述第一整形装置整形后沿垂直于所述太赫兹波的传输方向照射至所述原子气体池；所述第三激光照射至第二整形装置，由所述第二整形装置整形后，沿垂直于所述太赫兹波的传输方向照射至所述原子气体池；整形后的三束激光的光场和所述太赫兹波的光场在所述原子气体池上空间重叠。
9.根据权利要求8所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述第一整形装置和所述第二整形装置均包括依次设置的棱镜对和柱透镜组，以将激光整形为光强分布均匀的二维片状，并使激光沿垂直于所述太赫兹波的传输方向照射至所述原子气体池；所述棱镜对和所述柱透镜组为消色差透镜。
10.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述信号接收模块包括依次设置的第二聚焦透镜、窄带滤光片和第二探测器，所述第二聚焦透镜用于将携带待成像样品的可见光信号聚焦至所述第二探测器，所述窄带滤光片用于将所述可见光信号中的杂散光去除，所述第二探测器用于将所述可见光信号转化为电信号；所述第二探测器为焦平面可见光探测器。
11.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述样品台和所述原子气体之间设有聚焦镜组，用于将携带待成像样品信息的太赫兹波准直聚焦在所述原子气体池。
12.根据权利要求11所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述聚焦镜组为一组离轴抛物面反射镜。
13.一种太赫兹成像方法，其特征在于，所述太赫兹成像方法采用如权利要求1-12中任一项所述的太赫兹成像系统实现，所述太赫兹成像方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种太赫兹成像系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，太赫兹发射模块包括太赫兹源和太赫兹准直透镜，所述太赫兹源位于所述太赫兹准直透镜的焦点处，用于产生太赫兹波，所述太赫兹波经过所述太赫兹准直透镜准直后照射在共焦显微装置，以使共焦显微装置将所述太赫兹波聚焦在所述待成像样品上。
3.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述照明模块包括照明光源、透镜组、第一分束镜、第一聚焦透镜和第一探测器，所述第一探测器位于所述第一聚焦透镜的焦点处，所述照明光源用于产生照明光，所述照明光依次通过所述透镜组和所述第一分束镜后，由共焦显微装置聚焦在所述待成像样品上，所述反射光则经过所述共焦显微装置后照射在第一分束镜上，然后由所述第一分束镜反射至所述第一聚焦透镜，并被所述第一聚焦透镜聚焦在所述第一探测器，所述第一探测器设置为根据所述反射光对所述待成像样品进行成像。
4.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述共焦显微装置包括二向色镜和聚焦物镜，所述二向色镜用于将所述太赫兹波反射至所述聚焦物镜并使所述照明光穿过而到达所述聚焦物镜，所述聚焦物镜用于将所述太赫兹波和所述照明光聚焦至所述待成像样品上。
5.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，还包括控温装置，用于将所述原子气体池内的温度控制在预设值。
6.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述激光光源用于发射至少两种波长的激光，且各激光的频率vi、太赫兹波的频率vt和里德堡原子的基态e0、里德堡态下能级e1和里德堡态上能级e2之间满足如下关系式：
7.根据权利要求6所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述激光光源包括第一激光器、第二激光器和第三激光器，所述第一激光器用于产生第一波长的第一激光，所述第一激光将原子由基态激发至第一跃迁态；所述第二激光器用于产生第二波长的第二激光，所述第二激光将原子激发至第二跃迁态；所述第三激光器用于产生第三波长的第三激光；所述第三激光将原子激发至里德堡态下能级；携带待成像样品信息的太赫兹波将原子激发至里德堡态上能级，进而退激到第一跃迁态并辐射出可见光。
8.根据权利要求7所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王杰，邓海啸，朱化春，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：
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