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应用案例学习 | 高分辨率太赫兹实时成像

作者：互联网

虹科光电：了解Thz太赫兹技术——未来频段

上一篇文章中我们科普了关于太赫兹的一些基本概念，了解了太赫兹的特性和特别应用，这篇我们展示太赫兹实时成像应用实例效果，以及所用前沿设备，其中包括虹科光电推出的“一盒子”太赫兹源解决方案。 

前言

虹科伙伴Lytid与法国波尔多大学IMS实验室的纳米电子团队共同合作，针对监视，无损检测和传感应用中的高端太赫兹技术和系统，创立了大型研究与生产计划...、

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一、照明图案可调的THz光束整形单元

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 此次与IMS纳米电子团队的合作旨在克服传统全场成像的限制，实现实时高分辨率的太赫兹成像系统的研发。这种成像技术需要完全照明被摄样本，利用多传感器探测器以获取视频帧下的实时图像信息流。因为太赫兹辐射会在一个宽感应区域内发散，所以这项技术也受信噪比的影响限制。基于量子级联激光器（QCL）的mW级别太赫兹源，例如TeraCascade1000，能极大提高实时图像的信噪比，同时实现太赫兹频率范围（本案例下是2.5THz）的空间分辨率。不过，太赫兹量子级联激光器的强相干性也暴露了一个缺点：成像路径差会导致探测器面阵出现干涉条纹，影响图像清晰度和稳定性。

  如此背景下，IMS纳米电子团队与Lytid创造性的开发了一种独特成像装置，结合可编程的光束整形单元，该单元可以产生均匀且可灵活调整的照明光束，从而避免辐射相干干扰。此光学装置由mW级，频率2.5THz的太赫兹辐射驱动，TeraCascade 1000作为太赫兹源。控制单元内，激光光束经过反射镜调校后，提供适合成像的照明。被摄样本经光线传播反射，产生的图像由测辐射热相机捕获，此相机装配了TeraLens镜头（40mm – f/0.83 – x0.22）。其中，相机探测器的帧率经调整后，能收集信号并产生图像，提高实时图像的信噪比。另外，光束整形单元是完全可编程的，因此能够生成不同照明样式，以匹配实际的样本尺寸和应用。

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这是无匀化和光束匀化下的太赫兹照明分布。可以看到，在传统成像装置中，由于光学组件的多种反射，太赫兹光束轮廓出现了可见的干涉条纹。最后，利用Lytid与IMS共同研发的可编程光束整形单元，我们突破了这些设计上的限制。

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这项创新技术实现了定制化、匀化的光束照明，满足用户不同应用、样本尺寸和实际探测需求。此动图展示了一个经光束整形定制的图案

二、应用实例与效果展示

可编程匀化照明图案的创新驱动了一些应用，实际性能也有所提高，如在不同实时成像照明应用场景。下面，我们展示了此技术在线扫描成像和全场成像应用的实例。我们的实时成像系统还可以探索更多的可能性。

（前方多图警告）

1. 信噪比增强的高分辨率线扫描成像

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这里为线扫描成像模式设置。匀化照明图案保持静态，相机实时线扫描通过的表面凹凸的聚丙烯样本。透射的辐射由测辐射热相机收集。此成像模式能实现高信噪比、高分辨率的实时重建，展现了其在无损检测的工业应用的高适配性

2. 全场匀化实时二维图案成像

下面是全场成像图例；这些图像的标准采集时间为160ms，2.5THz频率下可获取的分辨率为250μm:

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依次是20欧元钞票水印、内有金属球珠的3D打印迷宫、树叶、20欧元钞票上的全息条纹与3D打印陶瓷微流控芯片 

3. 断层图像重建

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此动图展示了内含金属物质（一些针头和金属球珠）泡沫立方体不同立面的实时全场图像合成。这个过程中获得的所有图像最后会构成3D重建。

所用设备

  1. TeraCascade 1000高功率太赫兹源（1.3mW，2.5THz输出）

  2. 双镜式电流计

  3. 一个45°的离轴抛物面反射镜

  4. 288X384像素的INO微测热辐射计阵列，镜头为TeraLens（F/0.8）

TeraCascade 1000高功率太赫兹源

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基于QCL量子级联激光器技术，输出功率典型值为2 – 5mW(QCW)，保证最低＞1mW。覆盖2~5Thz频段，有连续波与脉冲（QCW）工作模式，无需制冷剂。同时具有强大灵活性，拥有6个可集成量子级联激光器芯片，满足不同应用需求。


虹科提供“一盒子”解决方案！

TeraLens高性能太赫兹成像镜头

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适配太赫兹相机的镜头，焦距：10~100cm，自带焦距测量环形设计

结语

这是虹科伙伴Lytid与IMS合作研发的实时成像系统，暂时未实现完整商业化，但可以满足具体需求的应用，未来也将推出可正式为广大客户所用的太赫兹实时成像系统，实现更多无损检测应用！目前虹科提供太赫兹产品，如太赫兹源、太赫兹传感器、超快中红外光电探测器和太赫兹光学元件，欢迎咨询有关信息。

References:

A Versatile Illumination System for Real-Time Terahertz Imaging

—Perraud, J.-B.; Chopard, A.; Guillet, J.-P.; Gellie, P.; Vuillot, A.; Mounaix, P. A Versatile Illumination System for Real-Time Terahertz Imaging. Sensors 2020, 20, 3993. https://doi.org/10.3390/s20143993

【虹科光电】

标签：高分辨率,光束,实时,应用,虹科,赫兹,成像
来源： https://blog.csdn.net/hongke_Tech/article/details/118292198