[发明专利]一种太赫兹相机、太赫兹成像系统及应用

说明书

本发明实施例提供了一种太赫兹相机及太赫兹成像系统，太赫兹相机，包括：P‑N结单元阵列和处理模块；P‑N结单元阵列包括多个P‑N结单元，处理模块分别与每个P‑N结单元电连接；P‑N结单元阵列用于将接收到的太赫兹波转换为电压信号，处理模块用于根据P‑N结单元阵列转换得到的电压信号，确定太赫兹波的光斑轮廓。本发明实施例中采用P‑N结单元阵列构建太赫兹相机，并不受温度和周围环境的限制，成像速度快，且体积小、操作简单、成本低，而且P‑N结单元对太赫兹波具有高的探测灵敏度，即使比较弱的太赫兹波，通过聚焦后，也可以在P‑N结单元阵列上获得高质量的聚焦光斑，进而可以使待成像物体的成像更加清晰。

技术领域

本发明属于光电器件技术领域，具体涉及一种太赫兹相机、太赫兹成像系统及应用。

背景技术

太赫兹波是指频率在0.1THz到30THz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm的范围，在电磁波谱上位于远红外和毫米波之间，其在无线通讯、公共安全、天文、医学成像与超快光谱等诸多领域有着重要的应用。太赫兹波所处的频段的特殊位置赋予了该频段特殊的性质，比如太赫兹频率对应生物大分子的振动能级和转动能级，对应水分子的氢键能量和范德瓦尔斯力的能量，许多生物分子在这个频段都具有指纹光谱，可应用在物质鉴别和识别；太赫兹频段意味着更大的信息容量，为通信遥感、航空航天提供更好的通信手段。太赫兹波相对于可见光来说，其波长更长，穿透能力更好，对衣物、毛皮、纸张、皮革等透明，可用于安检和反恐；太赫兹波相对于毫米波而言，其波长更短，在用于成像时可获得更好的成像分辨率。基于飞秒激光器产生的太赫兹波具有时间分辨的能力和宽带特性，因此基于飞秒激光器产生的太赫兹波搭建的太赫兹光谱和成像技术已经使得太赫兹波在物理、化学、材料、生物、医学等各个领域迅速发展起来。

太赫兹成像技术在太赫兹科学与技术领域中占有重要的应用，是最被看中的一个研究领域。最早的太赫兹成像则用于研究树叶的含水量、隐藏在衣物下方的金属刀具和武器等，充分利用了太赫兹波的穿透能力。现代的太赫兹成像技术不仅应用在了安全检查方面，而且在医学成像方面有着巨大的应用前景。比如，通过对比肿瘤组织与正常组织的含水量的太赫兹成像差别，则可用于鉴别肿瘤组织；利用太赫兹波的无接触检测和穿透能力，太赫兹成像技术在油画鉴别方面也占据了一席之地。由于油画的绘制过程是通过逐层的制作过程，最终呈现在人们面前的是最后一层的效果，而作者先前的基础和底层的构思等内容无法呈现在观看者的眼前。通过利用不同波长的太赫兹波所具备的穿透能力，则可再现每一层油画的原貌，了解作者作画的思路。将太赫兹成像技术与压缩感知技术结果，可实现单像素的太赫兹成像，这极大地提高了太赫兹成像技术的应用领域。当然，太赫兹成像技术的应用还有很多的潜能，远不一止于以上所罗列的部分。

随着科学技术的进步，目前基于飞秒激光技术频率下转换、量子级联技术、真空电子学获得的太赫兹辐射的功率已经达到毫瓦量级甚至千瓦量级。对于这样的高能太赫兹辐射源的出现，对太赫兹能量探测器的需求急剧上升，其中以飞秒激光技术为代表的光学整流效应产生高能太赫兹辐射技术，以及激光等离子体产生太赫兹辐射技术是在实验室获得峰值功率高、超短脉冲，且具备时间分辨能力的太赫兹辐射源的最佳方法。基于飞秒激光光学整流效应产生太赫兹辐射技术分为非线性有机晶体和基于铌酸锂的倾斜波前技术。基于非线性有机晶体的太赫兹辐射技术已可以获得辐射能量大于0.9mJ的太赫兹波，而基于铌酸锂的倾斜波前技术的太赫兹辐射源也已可获得辐射能量大于0.4mJ的太赫兹波。基于飞秒激光的等离子体太赫兹辐射源，则可获得辐射能量大于1mJ量级的太赫兹波，而基于激光双色场诱导的等离子体太赫兹辐射源，也可获得辐射能量大于5μJ的太赫兹波。如此高能量的太赫兹辐射源即可直接采用太赫兹相机来对太赫兹波进行检测。伴随着高能强场太赫兹辐射源的进一步发展，对低成本的太赫兹相机有极大的需求。