本文講述了一種實時太赫茲(zi) 成像方法，使用一個(ge) 商用光纖耦合光電導電天線作為(wei) 太赫茲(zi) 源和一個(ge) 未冷卻的微測輻射熱計相機進行檢測。利用我們(men) 的RIGI太赫茲(zi) 相機，做了對應的測試。結果表明，THz相機對（生物）材料的隱藏項目、複雜結構和水分含量都可以很好的解決(jue) 。
實時高分辨率的THz成像的国产成人在线观看免费网站
本文講述了一種實時太赫茲(zi) 成像方法，使用一個(ge) 商用光纖耦合光電導電天線作為(wei) 太赫茲(zi) 源和一個(ge) 未冷卻的微測輻射熱計相機進行檢測。利用我們(men) 的RIGI太赫茲(zi) 相機，做了對應的測試。結果表明，THz相機對（生物）材料的隱藏項目、複雜結構和水分含量都可以很好的解決(jue) 。本文的編寫(xie) 是基於(yu) 參考文獻1的研究成果。
一． 簡介
在材料科學以及工業(ye) 和安全国产成人在线观看免费网站中，樣品的無損檢測是一個(ge) 重要的前提。非電離太赫茲(zi) 輻射可以是一種選擇，因為(wei) 它可以提供亞(ya) 毫米的分辨率。此外，許多材料在這個(ge) 頻率範圍內(nei) 具有較高的透射率。已通過太赫茲(zi) 輻射成功的研究了塑料、陶瓷、非法藥物、、爆炸物、木材、紙、葉和血液]等廣泛的材料。此外，大量基於(yu) （次）太赫茲(zi) 輻射的安全国产成人在线观看免费网站程序已經被提出，其中一些是商用的。盡管具有巨大的潛力，針對外部太赫茲(zi) 研究的国产成人在线观看免费网站目前並不普遍。理論上，太赫茲(zi) 傳(chuan) 輸成像裝置可以由單線源、準直透鏡和像素陣列相機組成。這種簡單的設置是工業(ye) 和安全国产成人在线观看免费网站程序的一個(ge) 很有前途的候選者。然而，可實現的分辨率和圖像質量分別受到輻照波長、所有光學組件的數值孔徑NA以及相機特性（像素大小、靈敏度等）的限製。特別是為(wei) 了規避光學組件的限製，無透鏡成像將是一種很好的選擇。到目前為(wei) 止，頻率在0.2-4THz範圍內(nei) zui常用的源是遠紅外（FIR）氣體(ti) 激光器、量子級聯激光器（QCLs）和光導電天線（PCAs）。
FIR氣體(ti) 激光器是基於(yu) 高功率、中紅外CO的2-激光泵浦一個(ge) 太赫茲(zi) 腔。它們(men) 的太赫茲(zi) 發射可以是連續波（cw），在2.52THz時，輸出功率超過150mW。輸出波長取決(jue) 於(yu) 太赫茲(zi) 諧振器中的氣體(ti) 。然而，連續波激光器隻發射一條線，而且穩定的操作可能具有挑戰性。zui近，相對緊湊的太赫茲(zi) qcl開始在沒有低溫恒溫器的情況下工作，使用熱電冷卻器，溫度高達250K。在頻率梳操作中，帶寬一直高於(yu) 一個(ge) 八度的，但它仍然被限製在1THz-6THz。zui近，報道的峰值輸出功率達到2W（58K，3.3THz，單模）。盡管取得了很好的進展，但還需要更多的研究來實現室溫運行、更大的帶寬和更高的功率。
PCA結合了上述源的許多優(you) 點：它們(men) 是緊湊、建立良好的寬帶源，帶寬高達6THz和90dB動態範圍。它們(men) 的性能受到近紅外（NIR）泵浦脈衝(chong) 、載流子壽命和所選探測器的限製。大多數商業(ye) 上可用的太赫茲(zi) 時域光譜儀(yi) （THz-TDS）使用PCA結合離軸拋物麵鏡（OAPMs）作為(wei) 基礎。緊湊和堅固的THz-TDS的国产成人在线观看免费网站迅速從(cong) 第1個(ge) 報道的水汽吸收表征的用例擴展到其他研究學科，甚至包括（藝術）保護和考古學。到目前為(wei) 止，對於(yu) THz-TDS成像，隻報道了多像素探測器的原型；圖像采集需要對樣本進行連續掃描，但不能提供實時數據。然而，掃描THz-TDS為(wei) 工業(ye) 国产成人在线观看免费网站中太赫茲(zi) 成像的適應鋪平了道路。g.漆麵厚度測定方法。由於(yu) PCA的廣泛国产成人在线观看免费网站，太赫茲(zi) 成像非常有吸引力。例如，斯坦切夫等人。使用PCA進行實時單像素成像。他們(men) 通過數字微鏡設備調製太赫茲(zi) 波束的方法保留了THz-TDS的時域能力，同時仍然以每秒6幀（fps）的速度實現了3232像素的分辨率。相反，他們(men) 的方法需要複雜的設備，而本文講述了一種基於(yu) 簡單傳(chuan) 輸設置的方法，使用PCA作為(wei) 源，並利用微測輻射熱計相機的zui新改進。我們(men) 的方法可以提供更高的分辨率，更適合現場（工業(ye) ）国产成人在线观看免费网站，但犧牲了光譜信息。
在本文中，我們(men) 簡要概述了該方法、相機特性、設置，並描述了數據處理。我們(men) 實時記錄了太赫茲(zi) 波束形狀，並用西門子星確定了空間分辨率。通過對隱藏在紙信封中的鑰匙的成像、葉片中不同含水量的定性分辨率和木材中年環的成像，證明了該方法在實際国产成人在线观看免费网站中的適用性。
二． 實驗設備以及實驗方法
2.1照相機和鏡頭的屬性
實驗使用了瑞士太赫茲(zi) 相機和太赫茲(zi) 鏡頭（鏈接：https://www.weilancj.com/details-2108.html）。其規格分別見表1和表2。
表1：攝像機的技術規格書(shu) 。
使用相機RIGIS2x是一個(ge) 新的原型，是優(you) 化的低頻成像。這是通過一個(ge) 優(you) 化的探測器結構來增強對低頻太赫茲(zi) 輻射的吸收來實現的。
表2：鏡頭的技術規格書(shu) 。
2.2 實驗裝置
該係統中，用了一個(ge) 基於(yu) 100µmInGaAs的帶線天線作為(wei) 發射機（TX）。它的偏置設置為(wei) 120V，用脈衝(chong) 1550nm鉺光纖激光器（脈衝(chong) 持續時間：60fs，重複頻率：100MHz）。到達TX的22.3mW的NIR泵被轉換為(wei) 大約40µW連續當量的線性極化太赫茲(zi) 輻射。在所有實驗過程中，THz-TDS掃描時間均固定在70ps。光學裝置是鋸齒形透射幾何類型(見圖1):光經過兩(liang) 個(ge) OAPM後發散輸出，然後被另外兩(liang) 個(ge) OAPM聚焦。一個(ge) 樣品可以放置在光束的腰部。透射的輻射由第二對OAPM對（與(yu) 第1對旋轉對稱）引導到探測器上。此外在平行光束部分插入兩(liang) 個(ge) 線柵偏振器，以確保高度的線極化。此外，它們(men) 還允許通過旋轉偏振器的方法來降低強度。為(wei) 了簡化圖1的設置，我們(men) 刪除了所有的OAPM，直接照亮樣品，並用專(zhuan) 門為(wei) RIGI相機設計的鏡頭拍攝圖像(圖2).
圖1:之字形設置示意圖通過光纖，fs泵浦激光器(λ=1550nm)激發TX,TX又發射太赫茲(zi) 輻射。四個(ge) OAPM和兩(liang) 個(ge) 偏振器P1,P2將太赫茲(zi) 輻射引導到相機傳(chuan) 感器上(位於(yu) 太赫茲(zi) TDS中RX的位置)。
圖2：基於(yu) 透鏡的成像的示意圖，TX的太赫茲(zi) 發射在它到達樣品之前被一個(ge) 矽透鏡準直。為(wei) 了抑製熱圖像，樣品被安裝在一塊特四氟乙烯薄膜上。使用距離目標平麵600毫米以上的相機/鏡頭組合記錄透射輻射。
TX大致被放置在一個(ge) 矽（Si）透鏡（f=25mm，d=25mm）的焦點上，它對準了太赫茲(zi) 發射器的發散輻射。透鏡和主成分分析之間的精確距離決(jue) 定了照明區域的大小。大多數樣品被安裝在靠近準直透鏡的1mm厚的聚四氟乙烯片上，用於(yu) 熱圖像抑製。如果這是不可能的，在樣品和相機之間放置一個(ge) 3毫米的特氟隆片。此外，將黑色聚乙烯（PE）箔固定在TX上，以削弱泄漏的1550nmNIR泵浦脈衝(chong) 。由於(yu) 相機鏡頭的設計（f=44mm），zui小成像距離為(wei) 600mm。
通過已有的成像技術，進行成像處理，並呈現給大家。
三． 實驗結果
3.1 THz-TDS光束輪廓
作為(wei) 第1個(ge) 概念驗證，我們(men) 用圖1所示的設置測量了PCA發射的光束輪廓。在這種配置中，我們(men) 對傳(chuan) 感器的光束形狀進行了1：1的成像。由於(yu) 聚焦光束的強度對於(yu) 高靈敏度的相機來說過高，偏振器P2θ~旋轉了65°,根據馬氏定律(I=I0*cos2
)大約是初始強度通過的18%。假設沿光路進一步損失50%，我們(men) 預計平均強度小於(yu) 300mW/m2在探測器上，但我們(men) 仍然能夠在沒有任何數據處理的情況下獲得良好的對比度（見圖3（a，b））。圖3中的圖像代表了一個(ge) 電影剪輯的單幀，這是通過沿太赫茲(zi) 傳(chuan) 播方向移動攝像機獲得的。數據采集以9幀每秒的速度進行，允許實驗者立即獲得即時反饋。即使是未經處理的數據也直接從(cong) 攝像機中流出。圖3（a、b）)為(wei) 定性的分析提供了足夠的信息。對相機數據進行後處理(圖3（c-f）顯示光束失去焦點。圖3（c，f）)為(wei) 橢圓形，向地平線傾(qing) 斜約45°。靠近焦點(圖3（d，e）)，梁略呈十字形。此外，還可以解決(jue) 從(cong) +45°到-45°傾(qing) 斜的連續過渡。
圖3：選定的一維實時光束形狀掃描的單幀。從(cong) 相機軟件（a、b）保存的數據，並將相同的數據與(yu) 国产成人在线观看免费网站後處理（c、d）進行假色比較。子圖（a、c、f）描繪了兩(liang) 個(ge) 失焦位置（焦點前後）的光束形狀。接近zui優(you) 焦點的空間強度分布見（b、d、e）。
3.2 拍攝西門子星
第1次成像測試是在一顆西門子星上進行的(圖中的可見光攝影（VIS）。4(a)，外徑d=12.5mm，邊緣直徑d邊=10.6毫米，9個(ge) 輻條)，激光消融從(cong) 一個(ge) 薄薄的金屬片上，並安裝在一個(ge) 1毫米厚的聚四氟乙烯片上。為(wei) 了從(cong) THz-TDS中更強烈的樣品輻照中獲益（由於(yu) 光束尺寸較小，可實現的強度更高），將樣品放置在標準位置(見圖1).通過有意地將第1OAPM對和TX移動到更靠近樣本的位置，將焦點移動到樣本平麵之外，有效地擴大了被照亮的樣本麵積。通過這種方法，西門子明星的一部分可以被成像(圖4(b)).然而，使用oapm的鋸齒形結構不允許對如此大的樣本進行無失真成像。這可以通過稍微重新定位西門子之星來證明(圖4(c)).切換到線性設置(圖2)允許解決(jue) 完整的西門子之星(圖4(d)).對於(yu) 這個(ge) 數據集，我們(men) 沒有使用任何空間濾波來避免其對空間分辨率確定的影響。隻国产成人在线观看免费网站了死像素去除(圖4(e)).錄製的實時視頻很好地顯示了西門子之星的旋轉情況(見圖4（f-h)和補充材料中的視頻S2),隻是有一些輕微的強度波動和變化。
圖4：金屬西門子星的成像。西門子之星(a)為(wei) 可見光圖片，圖像與(yu) 西門子外緣星可見(b)，而在(c)隻有中心部分可分辨。未經處理的THz數據(d)和假色，国产成人在线观看免费网站死像素去除(e)。西門子星的外緣（藍色圓圈）和分辨率限製（紅色圓圈）。
這些圖像的質量允許對空間分辨率的估計。首先,zui小的半徑是T分在一個(ge) 有中心的圓中，一個(ge) 輻條和一個(ge) 開口之間的平均對比度大於(yu) zui高對比度的10%。分辨率大於(yu) Tres=2·T分/N
，其中N=9為(wei) 輻條數。對於(yu) 當前的成像設置，分辨率為(wei) rres=1.05（15）mm由10個(ge) 不同的西門子星形圖像估計得到。
3.3拍攝把鑰匙放在信封裏
我們(men) 通過檢查金屬鍵來證明我們(men) 的方法從(cong) 更大的距離檢測隱藏的（金屬）物體(ti) 的能力。5（a，d）)，用一個(ge) 標準的紙信封隱藏。兩(liang) 個(ge) 非常相似的鍵被放置在離相機組件大約600毫米遠的太赫茲(zi) 光束中(見圖2).用位於(yu) 樣品和相機之間的3mm特氟隆抑製熱圖像。正如預期的那樣，一個(ge) 沒有信封的金屬鑰匙被清楚地解決(jue) 了(圖5(b)).後處理增強了對比度，並使邊緣更加清晰(圖5.(c)，視頻S3在補充材料中)。由於(yu) 粗糙紙表麵的吸收和衍射，將金屬鑰匙放入紙信封中，降低了圖像質量。5(e)).另外的質量損失來自於(yu) 將數據保存為(wei) 8位jpg，這種格式似乎不適合我們(men) 的太赫茲(zi) 成像目的。總的來說，關(guan) 鍵的形狀相當微弱，但後處理可以提高視覺清晰度，甚至連紙信封的邊緣都變得可見(圖5(f)).補充材料中的視頻S4展示了實驗是如何在實驗室中進行的。
圖5：金屬鍵的成像圖拍攝粗糙尺寸（a、d），按鍵的原始THz圖像（b、e），去除死像素後的處理THz圖像（c、f）。鑰匙仍然可以在標準紙信封（e、f）內(nei) 解析，並標記信封的邊緣(f)。
3.4 拍攝具有不同水分含量的葉片
太赫茲(zi) 區域對水的強吸收使太赫茲(zi) 成像成為(wei) 生物樣本的一種有趣的模式。我們(men) 通過研究不同含水量的葉片來評估我們(men) 的方法的潛力。三個(ge) 不同的葉子標本(圖6(a))已安裝在1mm厚的聚四氟乙烯薄片上，並按照第2.3節和補充材料中的視頻S6的描述進行掃描。縫合的圖像(圖6(b))以及示範性的單幀(圖6（c-e）從(cong) 視頻S5的補充材料)提供了相同的明顯的更大的特征，如形狀，裂縫等。作為(wei) 攝影(圖6(a)).此外，太赫茲(zi) 圖像顯示，水分含量較高的葉片明顯較暗。雖然失去了解決(jue) 更細節的能力，但這可以進行準確的定性分析，甚至實時監測擴散過程。
圖6. 實驗前采集的兩(liang) 個(ge) ：一個(ge) 來自幹燥的地方（中間），一個(ge) 來自潮濕的排水溝（底部）。用太赫茲(zi) 透明膠帶粘在1毫米厚的特氟隆片上；通過圖像處理去除特氟隆和膠帶條紋，以獲得更好的視覺清晰度；部分仍然可見。不同的葉子(b)的太赫茲(zi) 圖像與(yu) 一對鑷子增強對比度（垂直線）和特四氟乙烯薄片的邊緣（頂部，水平）可見。水分含量越高，明顯表現為(wei) 亮度越低。圖像拚接與(yu) 自相關(guan) 從(cong) 單幀的實時一維掃描。一個(ge) 典型的後處理單框架闡述了幹的(c)，濕的(d)和非常濕的(e)葉。
3.5 薄木樣品
一個(ge) 0.19毫米薄的切片機切割的木材樣品被安裝在一個(ge) 可旋轉的支架中。在樣品和相機之間使用3mm的特氟隆實現熱圖像抑製。旋轉的零位置（‘=0°)的定義(yi) 為(wei) 使年環平行於(yu) 太赫茲(zi) 輻射的極化。這種預防措施可以確定偏振對所記錄的圖像是否有任何影響。
藝術插圖圖7(a).顯示了不同方向的實際樣品的照明區域的近似每年的環已經在原始的太赫茲(zi) 圖像中可見了(圖。7(b))，並在後處理的數據中變得更加明顯(圖7(c)).每種配置都可以清楚地識別出年環。沒有證據表明環的方向會(hui) 影響圖像的對比度。太赫茲(zi) 圖像(圖7（b，c）)是一個(ge) 視頻剪輯（補充材料中的視頻S7）的單幀，盡管我們(men) 有很高的吸收，但我們(men) 能夠實時記錄。
圖7：一個(ge) 薄木樣品的成像。(a)不放大不同角度的薄木樣品的近似照度的藝術插圖’，對應於(yu) 從(cong) 實時記錄的完整樣本旋轉中選擇的太赫茲(zi) 單幀（b，c）。從(cong) 相機獲得的未處理數據(b)和後處理表示與(yu) 死像素去除(c).
四． 關(guan) 於(yu) THz的討論
使用PCA作為(wei) 太赫茲(zi) 源的主要限製是低輸出功率。隻要是用聚焦光束獲得的圖像，這就不那麽(me) 重要了。然而，對於(yu) 準直光束，輻照度隨光束半徑呈二次減小。例如，在THz-TDS（聚焦，RX）中可以檢測到通過塑料（食物）容器的強傳(chuan) 輸信號，但使用準直光束和相機而不是RX，不能記錄有效的信號。雖然該相機非常靈敏，但擴展的光束結合樣品吸收並不能在傳(chuan) 感器上提供足夠的輻照度來進行實時成像。對於(yu) 當前的成像設置，分辨率為(wei) rres=1.05（15）mm是根據西門子星形圖像估計的。圖4(c-f)).如果我們(men) 將它與(yu) zui小光束形狀的半zui大值的全寬進行比較，這個(ge) 分辨率與(yu) 我們(men) 所能期望的zui大值相差不遠(圖3（d，e）)為(wei) 0.65（10）mm，zui大強度為(wei) THz-TDS的波長（0.6mm對應0.5THz），這決(jue) 定了zui大可達到的分辨率。我們(men) 假設，對有限分辨率的一個(ge) 相關(guan) 貢獻是使用寬帶發射器而不是單線源。雖然輻射包含高頻，這將允許更好的空間分辨率，但來自較低頻率的主導信號模糊了圖像，並主導了分辨率特性。此外，在環境條件下的強水蒸氣吸收大大降低了較短波長的強度，隻留下較長的波長可用於(yu) 成像。由於(yu) 圖像質量高度依賴於(yu) 光路長度，減少源、樣品和相機之間的總距離，同時抑製水蒸氣的影響將有幫助。不僅(jin) 在更大的距離或環境條件下工作是絕對需要的，正在開發的更高效的PCA可以在更短的波長下提供更大的頻率帶寬和更高的強度。用高通濾波器屏蔽較低的頻率，同時仍然保持足夠的強度為(wei) 高對比度太赫茲(zi) 圖像，可以分辨當前設置無法訪問的較小結構。
通過概念證明，複雜的樣本結構可以被成像( 圖6 & 圖7 )，在這項工作中描述的設置也可以為(wei) 材料科學家提供更容易的太赫茲(zi) 實驗。
我們(men) 可以想到用聚合物、氣凝膠、（嵌入式）納米材料和由改性生物前驅體(ti) 衍生的材料來進行的實驗。後者也可以作為(wei) 連接生物學的橋梁。對樹葉、草、作物、幼樹（樹）樹苗進行的田間、體(ti) 內(nei) 實驗都在可能的範圍內(nei) 。由於(yu) 相對較高的便攜性、低功耗和魯棒性，在沒有基礎設施/離網的偏遠地點進行長期的現場實驗似乎是可行的。
從(cong) 生物樣本成像能力，農(nong) 業(ye) 和食品工業(ye) 也可以直接獲利。通過監測葉片和植物的含水量來改善水分管理。這已經在各種太赫茲(zi) 設置中得到了證明。這種成像方法不僅(jin) 可以在生產(chan) 過程中国产成人在线观看免费网站，而且可以保證在運輸和進一步加工過程中的国产欧美在线質量。g.通過包裝實時檢測變質或異物(見圖5).後者還立即意味著適用於(yu) 郵件篩選等安全国产成人在线观看免费网站程序。
進一步的工業(ye) 用例可以是在生產(chan) 過程中的質量控製，eg.紙張含水量監測、塑料安全檢查或回收等。同樣可以想象的是太赫茲(zi) 光彈性，其中人們(men) 可以測量太赫茲(zi) 透明材料在傳(chuan) 輸過程中的應力狀態。
寬光譜範圍和偏振控製可用於(yu) 可視化和評估包裝材料和電子外殼中的殘餘(yu) 應力分布，也可用於(yu) 在機械試驗中實時顯示應力分布。
五．結論
利用我們(men) 的RIGI太赫茲(zi) 相機，我們(men) 實現了在光斑輪廓，外形輪廓，無損檢測，還有水分多少的檢測国产成人在线观看免费网站。並對THz的其他国产成人在线观看免费网站做了一些展望。我們(men) 擁有THZ相機，THZ源，THZ探測器，THZ光譜儀(yi) 等THZ国产成人在线观看免费网站的大部分器件，
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相關(guan) 文獻：
[1] REAL-TIME HIGH RESOLUTION THZ IMAGING WITH A FIBER COUPLED PHOTO CONDUCTIVE ANTENNA AND AN UNCOOLED MICRObolometer CAMERA, April 9, 2021, Peter Zolliker, Elena Mavrona, Erwin Hack.
