掃描式太赫茲成像系統(tǒng)的原理是:太赫茲激光器產(chǎn)生連續(xù)的THz激光,光波首先通過(guò)斬波器,從而產(chǎn)生一系列的太赫茲脈沖。為了消除太赫茲光的發(fā)散,一般要采用一個(gè)聚乙烯透鏡準(zhǔn)直光路,將激光聚焦在待測(cè)樣品上。樣品被置于一個(gè)由計(jì)算機(jī)編程控制的、可沿x,y方向掃描的線性步進(jìn)平臺(tái)上,平臺(tái)載著待測(cè)樣品在光焦處二維移動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)較好的成像效果,系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)透射率高,損耗小的聚乙烯透鏡將帶有樣品信息的THz光聚焦在探測(cè)器上,將光波的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電壓值;轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣、A/D轉(zhuǎn)化,然后傳輸給計(jì)算機(jī)構(gòu)建太赫茲圖像。
這里的主要工作是利用凌華公司生產(chǎn)的PCI-9812數(shù)據(jù)采集卡,針對(duì)美國(guó)相干公司生產(chǎn)的P4-42探測(cè)器,設(shè)計(jì)出用于太赫茲成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
太赫茲波(THz)指頻率在0.1~10 THz(1 THz=1012Hz)范圍內(nèi)的電磁波,波長(zhǎng)范圍在30μm~3 mm,這一波段位于和紅外輻射之間,因此太赫茲波兼有波與光的特性,在物體成像、時(shí)域譜分析、醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、空間遙感和安全等方面都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。太赫茲波的光子能量?jī)H4.1 meV,沒(méi)有X射線的電離特性,不會(huì)對(duì)材料和人體造成傷害,因此太赫茲成像技術(shù)比X射線有更大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。20世紀(jì)90年代以后,由于自由電子激光器和超快技術(shù)的發(fā)展,為T(mén)Hz脈沖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定可靠的激發(fā)光源,世界各國(guó)都在各個(gè)領(lǐng)域展開(kāi)了對(duì)太赫茲波技術(shù)的研究。近些年,我國(guó)的科研工作者也開(kāi)展了對(duì)太赫茲波技術(shù)的大量研究工作,目前的太赫茲成像技術(shù)研究工作主要集中在對(duì)逐點(diǎn)掃描太赫茲成像的研究上。這種成像方法的基本原理是,利用已知波形的太赫茲波作為成像射線,透過(guò)成像樣品或從樣品反射的太赫茲電磁波的強(qiáng)度和相位(包含了樣品復(fù)介電常數(shù)的空間分布)并將透射或反射的太赫茲電磁波強(qiáng)度或相位信息記錄下來(lái),經(jīng)過(guò)數(shù)字處理分析,得到樣品的太赫茲二維圖像。盡管這種系統(tǒng)的成像時(shí)間較長(zhǎng),但是用這種成像方法獲取的信息量大,可構(gòu)建二維、三維圖像,而且每一像素源對(duì)應(yīng)一個(gè)太赫茲時(shí)域譜,通過(guò)對(duì)時(shí)域譜進(jìn)行傅里葉變換又可得到每一點(diǎn)的太赫茲頻率響應(yīng)譜。
目前,太赫茲成像系統(tǒng)用光學(xué)產(chǎn)生太赫茲激光的方法主要有以下幾種,太赫茲氣體激光器;利用超短激光脈沖光電導(dǎo)或光整流產(chǎn)生太赫茲輻射;利用非線性差頻過(guò)程(DFG)和參量過(guò)程產(chǎn)生太赫茲波。國(guó)內(nèi)建立的掃描式太赫茲成像系統(tǒng)中。太赫茲輻射源采用的是小型商用連續(xù)CO2激光泵浦太赫茲激光器,它已獲得推廣應(yīng)用,是一種遠(yuǎn)紅外激光源,結(jié)構(gòu)緊湊,輸出較穩(wěn)定,功率較高。