[发明专利]一种三维层析成像系统及方法

权利要求书

1.一种三维层析成像系统，其特征在于，包括：无衍射器件、偏光组件、扫描器件以及接收器；

所述无衍射器件用于将入射的第一光束汇聚成第二光束，所述第一光束是太赫兹光；

所述偏光组件设置于所述无衍射器件的出光侧，用于将所述第二光束中预设偏振方向的光出射到所述扫描器件；

所述扫描器件用于将所述预设偏振方向的光以扫描方式反射到被检材料，并将所述被检材料反射的第三光束反射到所述偏光组件；

所述偏光组件还用于改变所述第三光束的偏振方向，并将偏振方向改变后的所述第三光束反射到所述接收器；

所述接收器设置于所述偏光组件的反射侧，用于接收所述偏光组件反射的所述第三光束，以根据所述第三光束的相位和强度构建所述被检材料的三维图像；

所述无衍射器件为无衍射透镜，所述无衍射透镜用于将平行入射的所述第一光束汇聚为所述第二光束，其中所述第二光束的景深不小于1.5m；

所述偏光组件包括：起偏器、偏振分束器和四分之一波片；

所述起偏器设置于所述无衍射器件的出光侧，用于将所述第二光束中预设偏振方向的光出射到所述偏振分束器；

所述偏振分束器设置于所述起偏器的出光侧，用于透过所述预设偏振方向的光，反射偏振方向与所述预设偏振方向垂直的光；

所述四分之一波片设置于所述偏振分束器的出光侧，用于透过第一次通过所述四分之一波片的光并将第二次通过所述四分之一波片的光的偏振方向旋转90度；

所述系统进一步包括：

发射器，设置于所述无衍射器件的入光侧，用于发射所述第一光束至所述无衍射器件，其中所述第一光束是频率不小于0.5THz的太赫兹光；

所述发射器包括：信号源、第一倍频器和发射天线；所述信号源用于产生本振信号，所述本振信号的频率小于所述第一光束的频率；所述第一倍频器连接所述信号源，用于将所述本振信号的频率提升至太赫兹频段，以形成所述第一光束；所述发射天线连接所述第一倍频器，用于发射所述第一光束；

所述接收器包括：接收天线、基带信号源、调制器、第二倍频器、混频器、信号处理装置；所述基带信号源用于产生低频基带信号，所述基带信号的频率小于所述本振信号的频率；所述调制器的输入端分别连接所述信号源和所述基带信号源，输出端连接所述第二倍频器，用于将所述基带信号调制到所述本振信号上后输入到所述第二倍频器中进行倍频；所述混频器的输入端分别连接所述接收天线和所述第二倍频器，用于将所述第二倍频器倍频后的信号与所述接收天线接收的信号进行混频，以得到一低频信号，其中，所述第二倍频器的倍频数与所述第一倍频器相同，所述低频信号携带所述第三光束的信息；所述信号处理装置连接所述混频器，用于对所述低频信号进行处理，以得到所述第三光束的信息进行成像；

其中，所述发射器为采用固态电子技术形成的太赫兹固态发射前端；所述接收器为采用固态电子技术形成的太赫兹固态接收前端；

所述接收天线用于接收所述第三光束，生成第三光束信号输入到所述混频器进行混频。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扫描器件为扫描振镜，包括第一振镜片和第二振镜片，所述第一振镜片沿第一方向转动，所述第二振镜片沿垂直于所述第一方向的第二方向转动，以使得所述第二光束逐行或逐列扫描所述被检材料。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号处理装置包括：依次连接的正交信号解调器、模数转换器、现场可编程门阵列以及成像电路；

所述正交信号解调器用于将所述低频信号进行解调；

所述模数转换器用于将解调后的所述低频信号转换为数字信号；

所述现场可编程门阵列用于采集所述数字信号中的数据；

所述成像电路用于利用采集到的所述数据构建所述被检材料的三维图像。

4.一种三维层析成像方法，其特征在于，包括：

利用无衍射器件将入射的第一光束汇聚成第二光束，所述第一光束是太赫兹光；

利用偏光组件将所述第二光束中预设偏振方向的光出射到扫描器件；

利用所述扫描器件将所述预设偏振方向的光以扫描方式反射到被检材料，并将所述被检材料反射的第三光束反射到所述偏光组件；

利用所述偏光组件改变所述第三光束的偏振方向，并将改变后的所述第三光束反射到接收器；

利用接收器接收所述偏光组件反射的所述第三光束，以根据所述第三光束的相位和强度构建所述被检材料的三维图像；

所述利用无衍射器件将入射的第一光束汇聚成第二光束，包括：

利用太赫兹无衍射透镜将所述第一光束汇聚成太赫兹频段的无衍射的第二光束；

所述利用偏光组件将所述第二光束中预设偏振方向的光出射到扫描器件，包括：

利用起偏器将第二光束中预设偏振方向的光出射到偏振分束器；

利用所述偏振分束器、四分之一波片依次透过所述预设偏振方向的光，将所述预设偏振方向的光出射到所述扫描器件；

所述利用所述偏光组件改变所述第三光束的偏振方向，并将改变后的所述第三光束反射到所述接收器，包括：

利用所述四分之一波片将所述第三光束的偏振方向旋转90度后，出射到所述偏振分束器；

利用所述偏振分束器将偏振方向改变后的所述第三光束反射；

所述利用无衍射器件将入射的第一光束汇聚成第二光束之前，进一步包括：

利用发射器发射所述第一光束至所述无衍射器件，其中，所述发射器设置于所述无衍射器件的入光侧，所述第一光束的频率不小于0.5THz；

所述利用发射器发射所述第一光束至所述无衍射器件，包括：

利用信号源产生频率小于第一光束频率的本振信号；

利用第一倍频器将所述本振信号倍频为太赫兹频段的信号；

利用发射天线将所述太赫兹频段的信号转变为准直的太赫兹频段的第一光束，并发射至所述太赫兹无衍射透镜；

所述利用接收器接收所述偏光组件反射的所述第三光束，以根据所述第三光束的相位和强度构建所述被检材料的三维图像，包括：

利用接收天线接收所述偏振分束器反射的所述第三光束；

利用调制器将基带信号源产生的低频基带信号调制到所述本振信号上；

利用第二倍频器将调制后的信号倍频到太赫兹频段，其中，所述第二倍频器的倍频数与所述第一倍频器相同；

利用混频器将倍频后的信号与接收的第三光束信号进行混频，得到一低频信号，其中，所述低频信号携带所述第三光束的信息；

利用信号处理装置将所述低频信号进行处理，得到所述第三光束的相位和强度信息，并根据所述相位和强度信息分析所述被检材料的结构，构建所述被检材料的三维图像。