試驗分析連續(xù)太赫茲反射掃描成像測量效果

1、實驗分析連續(xù)太赫茲反射掃描成像測量效果摘要：實驗分析連續(xù)太赫茲反射掃描成像測量效果。針對極端系統(tǒng)進行分辨率特性測量，根據(jù)方法的不同將其分 為連續(xù)太赫茲反射掃描成像測量法與傳統(tǒng)刀口法測量法，并 比較兩種測量的結果。在該次實驗中，連續(xù)太赫茲反射掃描 成像測量得由系統(tǒng)分辨率測量結果為1.237 lp/mm ,其對應線寬為0.393 mm,這與刀口法測量結果一致， 且與傳統(tǒng)刀口 法相比較可以簡化測量過程，準確得由測量結果。應用連續(xù) 太赫茲反射掃描成像測量技術，可以簡化系統(tǒng)分辨率特性測 量過程，直觀、準確地得由系統(tǒng)分辨率上限，在測量中發(fā)揮 積極測量效果。關鍵詞：太赫茲反射掃描；反射掃描成像；實驗分析；刀

2、口測量法中圖分類號：TN98?34文獻標識碼：A文章編號：1004?373X (2016) 10?0042?02Experimental analysis on effect of continuous terahertz reflection scanningimaging measurementXU Feng(School of Science, Changchun University of Science andTechnology, Changchun 310022, China)Abstract: The experimental analysis on measurement e

3、ffect of the continuous THz reflection scanning imaging is conducted. The measurement of the resolution characteristics is to perform according to the extreme and system. The experiment is divided into continuous THz reflection imaging measurement group and traditional knife edge method measure grou

4、p according to their difference to compare the measured results of the two groups. In this experiment , the result of the system resolution from the continuous THz reflection imaging measurement is 1.237 lp/mm and its corresponding line?width is 0.393 mm , which is consistent with that of knife edge

5、 method , and its measuring process is more simple in comparison with the traditional knife edge method. Its measurement result is accurate and its application advantage is more obvious. Application of the continuous terahertz reflection scanning imaging measurement technology can simplify the proce

6、ss of measuring the resolution of the system,and can obtain the upper limit of resolution of thesystem directly and accurately.Keywords: terahertz reflection scanning ; reflection scanning imaging； experimental analysis ; knife edge method目前在成像研究中，太赫茲成像具有獨特優(yōu)勢，針對太 赫茲成像情況，研究連續(xù)太赫茲反射掃描成像測量問題，有 助于在太赫成像測量

7、中應用連續(xù)太赫茲反射掃描成像測量， 并發(fā)揮積極影響。以下采取相關實驗，分析連續(xù)太赫茲反射 掃描成像的測量效果。1太赫茲輻射太赫茲輻射實際中，太赫茲的電磁輻射率為 0.110 THz,并且在太 赫茲技術研究中，發(fā)現(xiàn)其在半導體材料、高溫超導材料、細 胞水平的成像領域有廣泛的應用。太赫茲技術將是21世紀重大的新興科學技術領域之一 1。太赫茲的頻率很高、波長 很短，具有很高的時域頻譜信噪比，且在復雜環(huán)境中傳輸損 耗很少，可以穿透實體對其內部進行掃描，是系統(tǒng)分辨率成 像測量中的理想技術。連續(xù)太赫茲反射掃描成像的原理連續(xù)太赫茲反射掃描成像，其主要就是通過應用太赫茲 激光器，從而產(chǎn)生連續(xù) THz激光，當光波

8、通過斬波器之后， 就可以產(chǎn)生一系列太赫茲脈沖。在實際應用中，為了可以消 除太赫茲光發(fā)散2,可以采用聚乙烯的透鏡準直光路，從而 將激光在待測樣品上聚焦。將被測的樣品放置在由計算機控 制編程的線性步進平臺中，對其沿x, y方向進行線性掃描，使被測樣品能夠在光焦處實現(xiàn)二維移動，不僅可以達到較好 成像效果，也可以將該樣品信息聚焦在 THz光探測器之上3, 能夠將光波光強轉換成為電壓值；可將轉換后得到的電信號， 再經(jīng)過進行采樣、A/D轉化后，就可以將得到的數(shù)據(jù)傳輸給 計算機，并通過相關軟件構建由太赫茲圖像，通過連續(xù)太赫 茲反射掃描成像測量，得由測量結果，如圖 1所示。2應用優(yōu)勢分析可以應用太赫茲電磁輻射

9、采取非侵入式、非電離、非接觸手段，檢測塑料、枯木、炸藥陶 瓷等介質材料，其對于任何空隙、分層、夾雜物等影響折射 率的缺陷都可以觀察到。THz脈沖的典型脈寬在 ps量級，不 但可以方便地進行時間分辯的研究，而且通過取樣測量技術， 能夠有效地抑制遠紅外背景噪聲的干擾4 o THz脈沖源通常只包含若干個周期的電磁振蕩，單個脈沖的頻帶可以覆蓋從 GHz直至幾十THz的范圍，許多生物大分子的振動和轉動能 級，電介質、半導體材料、超導材料、薄膜材料等的聲子振 動能級落在THz波段范圍5 o因此THz時域光譜技術作為 探測材料在THz波段信息的一種有效的手段，非常適合于測 量材料吸收光譜，可用于進行定性鑒別

10、的工作。THz光子的能量低，只有幾毫電子伏特，因此不容易破壞被檢測物質6。 由于太赫茲能量很小，不會對物質產(chǎn)生破壞作用，所以與 X 射線相比更具有優(yōu)勢。THz成像技術也是利用 THz射線照射 被測物，通過物品的透射或反射獲得樣品的信息，進而成像7 o對于實際中的 連續(xù)太赫茲反射掃描成像技術，有著THz時域光譜性8,可以對物質集中進行功能成像，獲得物質內 部的折射率分布，通過對比實物照片和相應方法重構的THz透射圖像，能清晰地分辨由被測量物體的實際形狀。3星形分辨率成像測量實驗實驗方案成像系統(tǒng)需要復制生的物體細節(jié)數(shù)量，為了獲得精確的 測量，可以根據(jù)分辨率結果，分析連續(xù)太赫茲反射掃描成像 測量結果

11、。計算機傳感器分辨率（ S）:S=FOV分辨率X 2 =FOV最小特征的大小X 2為有效分析實際中連續(xù)太赫茲反射掃描成像測量效果， 自行設計星形分辨率測試卡，采取連續(xù)太赫茲反射掃描成像 測量方法與傳統(tǒng)傳統(tǒng)刀口法，對其分辨率成像進行成像測量， 分析其測量結果的準確性。如圖2所示為星形分辨率測試卡。實驗室的儀器設備主要有，激光器泵浦的連續(xù)THz激光 器，THz時域光譜系統(tǒng)（包括脈沖THz波發(fā)射器和接收器）， THz實時成像系統(tǒng)和掃描成像系統(tǒng)，THz探測器，熱釋電紅外功率計，掃描電鏡及 Protel, Origin , Matlab等軟件。測量方法刀口法測量之中，可以應用刀口儀進行測量，能夠將解 像

12、率板放在平行的光管前面，然后能夠讓燈均勻的照射在解 像率板上，之后經(jīng)平行光管的成像作用，就能夠將這個像作 為本鏡頭被攝物；在經(jīng)過匯聚被測鏡頭后，就能夠在該鏡頭像的方焦平面處，形成清晰影像，那么對于測量者，就可以 通過顯做鏡去觀看影像，得由該解鏡頭解像率。連續(xù)太赫茲 反射掃描成像測量中，應用P4?42熱釋電探測器進行測量，并結合PCI?9812數(shù)據(jù)采集卡（凌華公司生產(chǎn)）來采集數(shù)據(jù)， 將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，重建由掃描圖像，并可運用 太赫茲成像掃描技術，重建圖像數(shù)據(jù)采集與圖像，利用 Register_Card函數(shù)釋放采集卡，對獲取的各個點進行掃描， 將得到的數(shù)據(jù)在計算機中進行比較分析，從而可積

13、極構建由 采樣物品的太赫茲圖像。分析電壓信號峰值，從而得由被測 量樣品每個點吸收強度，對各個位置點進行連續(xù)太赫茲反射 掃描成像得到xyt格式的太赫茲成像數(shù)據(jù)， 測量系統(tǒng)分辨率。實驗結果分析在本次實驗中，連續(xù)太赫茲反射掃描成像測量，連續(xù)太赫茲反射掃描成像測量中得由系統(tǒng)分辨率測量結果為1.237lp/mm ,其對應線寬為 0.393 mm ,與刀口法測量結果一致， 且與傳統(tǒng)刀口法相比較，可以簡化測量過程，準確得由測量 結果，所以該方法有應用優(yōu)勢。每個不同層之間引起入射太 赫茲脈沖的反射和衰減的傳播。傳播脈沖和它們的回聲（延 遲層反射）延遲的差異能夠表征厚度特征和內部結構的狀態(tài)。 太赫茲波與掃描樣品

14、之中，對于其各個投射位置是相互對應 的，并不容易發(fā)生混亂像素點的現(xiàn)象。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模 塊應用編程驅動采集卡進行工作，根據(jù)太赫茲波掃描像素中的每個點，就可以通過光強分析、相位分析以及時間延時等，獲取較大信息量的數(shù)據(jù)，重新構建由采樣物品的實際圖像。太赫茲測量中，可以觀察、分層配置文件顯著差異取決于深 度檢查，因此脈沖太赫茲 TDS方法可能是一個非常有效的工 具在多層復合材料的無損評價。4結論綜上所述，在實際系統(tǒng)分辨率測量中，采取連續(xù)太赫茲 反射掃描成像測量方法，可以方便地測量由系統(tǒng)的分辨率， 可以簡化系統(tǒng)分辨率特性測量過程，得由直觀、準確的系統(tǒng) 分辨率測量結果，發(fā)揮積極應用價值。參考文獻1高翔，李超，谷勝明，等.一種T形太赫茲成像系統(tǒng) 的設計J.紅外與毫米波學報，2012, 31 (3): 1977202.2李琦，夏志偉，丁勝暉，等.采用非局部均值的連續(xù) 太赫茲圖像去噪處理J.紅外與激光工程，2012, 41 (2): 5177522.3胡偉，常天英，王瑋琪，等.太赫茲掃描光路系統(tǒng)的 仿真與分析J.半導體光電，2015, 36 (3): 4787481.4向博，王龍，孟洪福，等.太赫茲成像系統(tǒng)的研究J. 空間電子技術，2013 (4): 65767.5袁仕繼，孫明峰，