[发明专利]基于太赫兹量子器件的透射成像装置及成像方法

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹应用技术领域，涉及一种成像装置，具体涉及一种基于太赫兹量子器件的透射成像装置及成像方法。

背景技术

随着光子学和纳米技术领域的不断革新，太赫兹(THz，1THz＝10¹²Hz)波在信息通信技术、国家安全、生物医学、无损检测、食品和农产品的质量控制、全球性环境监测等方面取得了较快发展，并被认为在上述领域中具有重大的应用前景和应用价值。近年来，随着对THz频段重要辐射源和探测器——THz量子级联激光器(terahertz quantum-cascade laser，THzQCL)和量子阱探测器(terahertz quantum-well photodetector，THz QWP)研究的深入，基于THz量子器件的应用研究也取得了重要进展，如基于THz QCL和热探测器阵列的实时成像技术、基于THz QCL和THz QWP的无线传输技术、基于THz QWP的脉冲型THz QCL功率测量技术等等。在以THz QCL为辐射源的成像技术中，目前采用的检测器大多数为THz热探测器，如Golay Cell、焦热电探测器、bolometer探测器等。

透射成像是THz成像方式的一种，在成像过程中THz辐射源的输出功率越大越稳定，对应可达到的成像质量会越好。从现有的技术水平来看，同等条件下脉冲激射型THz QCL的峰值功率比连续激射型器件的输出功率大很多，因此我们期望采用脉冲激射的THz QCL为辐射源，以获得更好的成像质量。但由于上述THz热探测器的响应速度比较慢，难以实现脉冲激射型THz QCL(通常为脉冲频率5kHz，脉宽为1μs)为辐射源情况下的成像。另外，上述热探测器的响应频率范围非常宽，在成像过程中容易受环境噪声的干扰而影响成像质量。THzQWP是一种与THz QCL工作频率范围非常匹配的低维半导体探测器，THz QWP对可探测范围内的THz光的响应速率可达GHz量级(ns量级)，非常适合在脉冲激射型THz QCL为辐射源的成像系统中作为THz光的检测器。另外，与THz热探测器的光响应范围相比，THz QWP的光响应谱非常窄，无论是在连续THz辐射源还是脉冲THz辐射源情况下，THz QWP器件均具有很好的滤光功能，可有效消除噪声信号的干扰，提高成像质量。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于太赫兹量子器件的透射成像装置及成像方法，该成像装置及成像方法可以使成像装置中的太赫兹辐射源工作于脉冲模式，且装置中采用太赫兹量子阱探测器作为信号检测器可有效提高系统的成像速度和成像质量。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于太赫兹量子器件的透射成像装置及成像方法。

一种基于太赫兹量子器件的透射成像装置，包括光源部分、光路部分、检测部分；

所述光源部分包括：

驱动电源，用以输出电信号；

第一冷头，用以提供低温环境；

第一热沉，安装于所述第一冷头内，用以导热；

太赫兹量子级联激光器，安装于所述第一热沉上，用以在所述电信号的触发下辐射出太赫兹光；

第一聚乙烯窗片，安装于所述第一冷头上，用以使所述太赫兹光通过第一聚乙烯窗片射出；

所述光路部分包括：

第一离轴抛物镜，用以收集并反射经所述第一聚乙烯窗片射出的太赫兹光；

第二离轴抛物镜，用以接收并反射经所述第一离轴抛物镜反射过来的太赫兹光，使太赫兹光穿过被测样品；

二维电动平移台，用以放置被测样品，并通过移动使被测样品的各个部位位于第二离轴抛物镜和第三离轴抛物镜的共同焦点处；

第三离轴抛物镜，用以接收并反射经所述被测样品处透射过来的太赫兹光；

第四离轴抛物镜，用以接收并反射经所述第三离轴抛物镜反射过来的太赫兹光；

所述检测部分包括：

第二冷头，用以提供低温环境；

第二聚乙烯窗片，安装于第二冷头上，用以使所述第四离轴抛物镜反射过来的太赫兹光进入所述第二冷头内；

第二热沉，安装于第二冷头内，用以导热；

太赫兹量子阱探测器，安装于第二热沉上，用以接收从第二聚乙烯窗片透射过来的太赫兹光，并产生相应的电流信号；

信号处理电路，与所述太赫兹量子阱探测器连接，用以将所述电流信号提取为电压信号，并进行放大；

示波器，与信号处理电路连接，用以对所述电压信号进行读取和显示；