[发明专利]太赫兹多波长位相成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹多波长位相成像方法，具体地说本发明涉及一种利用太赫兹波的相干性和宽带性的特点，选取其中的两个或多个波长所对应的两个或多个频率的位相图像处理，从而重构出被测样品的轮廓图像的成像方法。

背景技术

位相成像一直以来都被认为是可以精确重构物体的最有前景的成像方法，其图像的轴向分辨率可以达到波长的几分之一。但是位相成像技术一直以来都存在一个瓶颈，就是当被测物体引起的光程差大于成像波长时，位相图像会出现2π的断点。

多波长数字全息方法，利用两个不同波长的激光分别对同一物体进行数字全息成像，产生两幅位相图像并将这两幅图像进行合并处理，可以得到不存在伪断点的图像。但是，由于需要更换波长，两次分别成像存在各自的背景噪声，两幅图像在做相减的合并处理时会将噪声放大，得到的图像质量较差。

太赫兹波谱可以提供很宽的频谱范围内的位相信息，一次测量可以获得若干个波长所对应的位相图像，因此，在太赫兹波成像技术中应用多波长位相成像方法具有得天独厚的优势。由于是一次测量，同时得到的多幅位相图像具有相同的背景噪声。

将两个波长对应的位相图像进行相减处理，在消除伪断点的同时可以消除热背景噪声并且大大降低1/f噪声；单脉冲太赫兹波的位相与频率成正比，由这种独特性质发展而来的多波长位相拟合成像，由于位相的多点拟合大大降低单点位相的不确定性，因此该方法可以抑制图像噪声。

发明内容

本发明提供一种太赫兹多波长位相成像方法，以解决上述背景技术中存在的技术问题，即位相成像会出现2π的断点，而多波长数字全息成像会将噪声放大，得到的图像质量较差。

为解决上述技术问题，本发明的一种太赫兹多波长位相成像方法，包括如下步骤：(1)对被成像样品进行二维光谱成像，得到所述被成像样品上每点的太赫兹时域光谱信号；(2)对所述被成像样品上各点的太赫兹时域光谱信号进行傅立叶变换，得到系统有效频率范围内所述被成像样品上各点的位相谱；(3)选取有效频率范围内的一段频率的位相图像进行线性拟合，得到拟合直线；(4)求得所述拟合直线的斜率，所得斜率与被测样品的厚度成正比，从而可以重构出被测样品的轮廓。

其中，步骤(1)中的二维光谱成像为透射式成像。

其中，步骤(1)中的二维光谱成像为反射式成像。

其中，步骤(1)中的二维光谱成像为二维焦平面成像。

其中，步骤(1)中的二维光谱成像为二维逐点扫描成像。

其中，步骤(3)中选取的一段频率为避开水蒸气吸收峰的一段频率。

其中，所述的一段频率为0.5THz到1.5THz。

其中，步骤(4)中得到拟合直线斜率的方法为对所述拟合直线求导。

本发明通过上述技术方案，对两个或多个波长所对应的两个或多个频率的位相图像处理，重构出被测样品的轮廓图像。从而克服单波长位相成像在光程差大于波长时出现伪断点的缺点，同时去除背景噪声，提高图像质量，达到了有益的技术效果。

附图说明

图1为太赫兹多波长位相反射式成像系统示意图；

图2为太赫兹多波长位相透射式成像系统示意图；

图3为金属垫圈的光学照片；

图4为金属垫圈的传统太赫兹图像；

图5为金属垫圈的0.9THz和1.1THz的双波长位相图像；

图6为金属垫圈的0.5THz-1.5THz多波长位相拟合图像。

附图标记说明：

M1-M6：反射镜；L1-L2：凹透镜；1：飞秒激光放大器；2：分束镜；3：分频器；4：斩波器；5：太赫兹发射极；6：抛面镜；7：被成像样品；7’：平面镜；8、13：偏振片；9、14：凸透镜；10：聚乙烯透镜；11：导电玻璃；12：探测晶体；15：CCD相机；I：泵浦光；II：探测光。

具体实施方式

为了使本发明的形状、构造以及特点能够更好地被理解，以下将列举较佳实施例并结合附图进行详细说明。

图1为太赫兹多波长位相反射式焦平面成像系统示意图，如图所示，本成像系统所使用的激光光源是美国光谱物理公司制造的飞秒激光放大器(SpectraPhysics Hurricane Amplifier)，产生的激光脉冲的重复频率1KHz，脉冲宽度75fs，中心波长795nm，输出功率650mW。