[发明专利]二维摆镜扫描的太赫兹被动式成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹成像领域，具体涉及一种二维摆镜扫描的太赫兹被动式成像系统。

背景技术

太赫兹波段是介于微波毫米波与红外线之间的电磁波段，其频率范围和波长范围分别为0.1THz-10THz，3mm-30μm。此前，人们对太赫兹波段的研究很少，该波段也一直被称为THz Gap，近年来，由于不断发现太赫兹波在材料，通信，生物化学，安全检测，空间遥感等领域上的巨大应用潜力，使得国内外的研究者对其研究热度大大提高。在太赫兹技术上，太赫兹成像技术是太赫兹科学与技术中最具应用前景的发展方向之一。由于太赫兹波的光子能量很小，大气对太赫兹波段的强烈吸收以及受到太赫兹成像探测器发展的限制，使得目前太赫兹成像技术特别是无需太赫兹本地振荡源的被动式太赫兹成像技术的发展受到制约。近年来，基于不同原理，使用不同太赫兹探测器的太赫兹成像技术使得这一领域有了较大的发展。

目前，太赫兹成像技术主要是主动式的透射和反射成像，利用波形确知的太赫兹电磁波作为成像射线，透过或者从成像样品反射的太赫兹电磁波的强度和相位包含了样品复介电常数的分布，记录下反射或透射过来的太赫兹电磁波的强度和相位信息，经过适当的数据处理得到样品的图像。这种主动式的成像方式由于需要太赫兹电磁波的本地振荡源使得其成本较高，并且成像系统较为复杂，同时，成像探测器要求较高，一般需要有焦平面阵探测器，使得对读出电路的要求也必将提高，系统将更加复杂。

基于二维摆镜扫描的太赫兹被动式成像系统由于采用被动式成像，不需要成像系统提供太赫兹电磁波本地振荡光源，且采用较为简单的二维摆镜扫描，系统包含有可移动平面反射镜，使得系统成像最佳物距可调，因此系统非常简单，避免了主动式成像系统的复杂，并且操作方便。

本发明充分考虑到了实际太赫兹成像系统对于响应时间，成像时间，空间分辨率，信噪比的要求，设计了一种基于以平面反射镜和二维扫描摆镜为扫描系统的太赫兹波被动式成像系统，具有响应时间短，成像时间短，空间分辨率高，结构紧凑简单的优点，可对成像样品进行实时的太赫兹波段成像。由于该系统扫描速度和成像时间可调，可对不同成像样品对空间分辨率的要求而设置不同的扫描速度和成像时间，并且由于该系统具有可调节成像最佳物距，使得系统的成像效果将更好。

发明内容

针对目前太赫兹主动式成像系统需要本地太赫兹振荡光源，结构复杂，成本较高等缺点，本发明提出被动式的二维摆镜扫描太赫兹成像系统，利用较简单的扫描成像系统，同时利用简单的三维平移台实现系统成像最佳物距可调、成像时间可调和探测器位置可调，实现了样品的被动式太赫兹成像。

本发明采用的技术方案为：

一种二维摆镜扫描太赫兹被动式成像系统，其探测器响应峰值在0.1 THz附近，响应时间约为30ms，成像时间约为150秒-300秒。该系统通过使用特定的扫描系统，使得成像样品辐射的太赫兹电磁波入射到探测器之中，经过前置放大器放大信号，再由成像控制单元进行数据处理和伪彩色成像，得到成像样品的太赫兹二维图像。该太赫兹成像系统的结构原理图如附图1所示，由聚光透镜1、离轴抛物面反射镜2、二维扫描摆镜3、通光小孔3-1、平面反射镜4、太赫兹成像探测器5、前置信号放大器6、成像控制单元7组成。二维扫描摆镜3可以附图1中x轴和z轴(垂直于图中平面反射镜方向为y轴，x轴为光轴与y轴平面内垂直于y轴方向，z轴垂直于xy轴平面)为中心轴转动，从而实现逐点扫描成像样品。图中平面反射镜4与二维扫描摆镜3在y方向的距离可调，从而可改变成像系统的最佳成像物距。通过成像控制单元7对二维扫描摆镜3加以控制。

系统工作时，由成像样品出射的太赫兹光波经过聚光透镜2汇聚，然后通过二维扫描摆镜3进行来回摆动逐行扫描将太赫兹光波反射至平面反射镜4，经过平面反射镜的反射使太赫兹光波通过通光小孔3-1进入到太赫兹成像探测器，经前置信号放大器6放大信号，再由成像控制单元7进行数据处理并利用成像软件来进行伪彩色成像。

以下是该成像系统各部分组成的具体说明：

1.聚光透镜2为聚乙烯焦距为20cm镜片，它的作用将入射的太赫兹电磁波汇聚，从而提高了太赫兹电磁波的强度，使得成像的效果将更好。