[发明专利]一种基于原子气室的太赫兹成像方法和系统

说明书

本发明实施例提供一种基于原子气室的太赫兹成像方法和系统，通过两种波长的激光对打在原子气室中激发的里德堡原子，实现太赫兹场空间分布转化为光波空间分布实时成像；从而实现了基于原子的高分辨率实时成像的太赫兹相机，将原子从初始里德堡态非相干的转移到另一个里德堡态，原子从该里德堡态退激时，自发辐射产生的荧光在可见波段，荧光强度在空间分布与转化前太赫兹场的分布一致，因此可以获得的可见光图像即为转化前的太赫兹的图像。利用CCD(可见光成像)可以探测所发出的荧光，从而获得太赫兹成像。

技术领域

本发明实施例涉及太赫兹通信技术领域，尤其涉及一种基于原子气室的太赫兹成像方法和系统。

背景技术

太赫兹成像作为太赫兹的关键技术之一，由于太赫兹的一些优良性质使得其在安检、无损检测等方面有广阔应用。太赫兹波是指频率在0.1THz～10THz范围内，波长在0.03mm～3mm范围内的电磁波，由于其光子具有低能性、指纹谱性、高透性等诸多优越特性，因此，在物理、化学、生物等领域都具有巨大的应用价值。但是，传统成像技术的空间分辨率受限于衍射极限，通常难以突破毫米量级，因此，也大大限制了太赫兹波在微观世界的成像应用，而通常，要实现对目标样品的超分辨成像，需要在近场对目标样品的倏逝波进行感知。

传统太赫兹时域光谱成像技术受波长的衍射极限影响，分辨率只有几百微米，难以实现亚波长成像测量；近场成像则是突破衍射极限、获得亚波长超分辨率图像的研究方法之一。传统基于光导天线、带有栅格的电光晶体等方法通过扫描获得图像的方法需要耗费大量的时间，实时成像则是利用一个CCD采集太赫兹转化成的可见光信号，从获取的图像上观测到太赫兹场的分布，不需要再逐点扫描。

根据目前的实验和理论分析表明，太赫兹成像受限于太赫兹波的衍射效应以及扫描耗时较长等因素的影响，导致成像效率低、成像效果差。

发明内容

本发明实施例提供一种基于原子气室的太赫兹成像方法和系统，解决了现有技术太赫兹成像受限于太赫兹波的衍射效应以及扫描耗时较长等因素的影响，导致成像效率低、成像效果差的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种基于原子气室的太赫兹成像方法，包括：

将扁平状的探测光和耦合光沿相反方向打入圆片形状的原子气室，所述探测光具有第一波长，所述耦合光具有第二波长；基于激光两步激发方法将所述原子气室内的原子激发到第一里德堡态；

基于太赫兹镜头采集成像目标辐射出的太赫兹场，将所述太赫兹光垂直于所述探测光和所述耦合光的方向入射至所述原子气室，以将所述原子气室内处于第一里德堡态的原子非相干的转移到第二里德堡态；所述第二里德堡态的能级高于所述第一里德堡态的能级；

基于CCD相机采集原子从所述第二里德堡态退激时发出的在可见光波段的荧光，将所述荧光转换为太赫兹场的图像。

作为优选的，所述第一波长为515nm，所述第二波长为852nm。

作为优选的，所述探测光和所述耦合光沿所述原子气室的直径方向打入所述原子气室，且所述探测光和所述耦合光的方向相反。

作为优选的，将扁平状的探测光和耦合光沿相反方向打入圆片形的原子气室，具体包括：

基于激光器产生具有第一波长的探测光和具有第二波长的耦合光，通过光学系统将所述探测光和所述耦合光整形为扁平状；

调整所述探测光和所述耦合光的方向，以使所述耦合光和所述探测光沿相反方向打入至圆形片状的原子气室。

作为优选的，所述原子气室内充有铯原子蒸气。

第二方面，本发明实施例提供一种基于原子气室的太赫兹成像系统，包括：

原子气室，用于装载原子蒸气；