電磁波譜中的太赫茲波段（1-10THz）是一個相對未被大家深入研究的波段。太赫茲波段的一個重要的特點就是太赫茲波對衣物，陶瓷，塑料以及包裝盒材料等非極性材料具有高的穿透性，這使得太赫茲可以在國防，安檢，生產(chǎn)過程等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)有吸引力的無損探測功能。太赫茲波同時對生物組織也是無損傷的，因此它也可以對生物組織以及藥品進行無損成像。但是太赫茲源和探測器的稀缺讓太赫茲波的實際應(yīng)用受到阻礙。
對于一個實用的太赫茲成像系統(tǒng)，高功率源和高效率檢測相結(jié)合是可行且必需的。檢測太赫茲有兩種方法:1）直接探測，即使用能夠感應(yīng)太赫茲波的檢測器；2)主動探測，其中太赫茲光束與光頻率場混頻，探測其混頻場。直接探測器往往速度慢且缺乏靈敏度，這使得它們在實際應(yīng)用中很麻煩。主動檢測依賴于一個非線性過程，其中太赫茲光束被轉(zhuǎn)換到一個光信號。太赫茲輻射可以與可見光或近紅外光非線性混合，產(chǎn)生“上-"轉(zhuǎn)換后的信號可以被高度靈敏、快速和相對便宜的CCD或CMOS檢測到相機。太赫茲到光學(xué)的轉(zhuǎn)換效率取決于所使用的峰值功率，因此是短脈沖是可取的。因為使用的近紅外光通常比上轉(zhuǎn)換光波強很多個數(shù)量級，提高圖像質(zhì)量需要最大限度的增加混頻光，并且盡可能多的移除背景噪聲。
TPO太赫茲參數(shù)振蕩器是太赫茲上轉(zhuǎn)換成像的理想光源
• THz和IR輻射的同步脈沖。
• 高重頻在上轉(zhuǎn)換信號中提供高平均功率，易于檢測CCD或CMOS相機的探測。
• 窄帶脈沖產(chǎn)生的頻譜分離上轉(zhuǎn)換信號可以利用彩色濾光片從強泵浦光束中分離出來。
• 短脈沖有效地驅(qū)動非線性上轉(zhuǎn)換過程
圖1所示。實驗圖顯示了THz非線性成像裝置。THz輻射入射到一個物體上(“物體") 然后聚焦到一個位于傅里葉變換平面上的非線性晶體中。在1064nm處的紅外光譜結(jié)束與晶體中的太赫茲光重疊，將太赫茲圖像的空間頻率向上轉(zhuǎn)換到中紅外。使用鏡頭在CCD或CMOS相機上對上轉(zhuǎn)換光進行反變換，形成圖像。一個是偏光鏡和長通濾波器用于去除殘留的1064 nm光，只留下1070 nm的上轉(zhuǎn)換光。
圖2所示：上轉(zhuǎn)換光的光譜。少量殘余泵光@1063.8 nm時，而在1069.5nm處出現(xiàn)了一個強峰值，對應(yīng)于這個差值正是泵浦紅光和THz
（與任何非線性交互作用一樣，上轉(zhuǎn)換過程的效率隨著峰值功率的增加而增加。因此，較短的脈沖提供了較高的信號功率的優(yōu)勢。通過保持較窄的帶寬，上轉(zhuǎn)換信號的頻譜可以很好地與強紅外光分離(圖2)，起到了濾波作用。
圖3，以每秒8幀的速度拍攝的視頻。中間一列是未處理圖像，右邊一列是圖像顯示歸一化的結(jié)果。
泵浦光束與上轉(zhuǎn)換光束光譜分離的能力是該方法的關(guān)鍵因為它能在很少或沒有圖像處理的情況下實現(xiàn)快速成像。實時圖像可以采取簡單將一個物體置于THz光束中。如果光束的參考圖像是在物體插入之前拍攝的，則對圖像進行歸一化處理，實現(xiàn)了對整個視場的相對傳輸量的真實測量時間。圖3突出顯示了系統(tǒng)的實時成像功能。左邊的一列是對象和中心列顯示沒有圖像處理的以8幀/秒拍攝的視頻的一幀。在右邊的柱，圖像已經(jīng)被光束的參考圖像分割，該參考圖像是在光束之前拍攝的視頻。最上面一排顯示了隱藏在電子膠帶中的剃須刀片，這清楚地顯示了它的穿透能力帶子露出了金屬刀片。第二行是葉子的傳輸圖像，顯示了其靜脈結(jié)構(gòu)。
輸出頻率為1.5 THz是通過大氣透射窗傳播的理想頻率。另外波長200um足以使得其分辨率分辨出大部分小物體。成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的測量使用傾斜邊緣方法，成像如圖4a所示。圖4b中的MTF計算結(jié)果顯示在0.5行對/處的值為0.4毫米，為毫米級的成像提供足夠的對比度。
圖4，利用刀口圖像(a)獲得調(diào)制傳遞函數(shù)(b)。
其他太赫茲成像系統(tǒng)的組件
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