一種太赫茲成像系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及太赫茲波成像領域，尤其涉及一種太赫茲成像系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 太赫茲波是指頻率在0.1 THz~ΙΟΤΗζ遠紅外波段的相干電磁輻射，處于電磁波 譜中電子學向光子學過渡的特殊位置，因其具有透視性、安全性、光譜分辨本領等獨特的本 領，而表現(xiàn)出廣泛的學術價值和應用前景。隨著太赫茲技術的發(fā)展，太赫茲光譜及成像在 生物學、醫(yī)學疾病診斷、材料科學、軍事以及化學基礎研究等許多領域展現(xiàn)出巨大的應用潛 力。太赫茲時域光譜技術是國際上近年來發(fā)展起來的太赫茲輻射的應用技術之一，是一種 新興的光譜技術，是太赫茲光譜技術的核心研發(fā)領域。太赫茲時域光譜所具有的相干探測 方法、高的時間分辨率和高靈敏度為人們展現(xiàn)了一個全新的光譜學研究視角，也給光譜學 研究者提供了新的機遇。而太赫茲時域光譜成像系統(tǒng)則繼承了光譜系統(tǒng)的特點，且與普通 的光學成像不同的是，太赫茲波成像的每個像素不僅包含光強信息還具有該像素點的光譜 信息，經過相應處理的圖像不僅可以觀察還能識別物質成分，因此已經得到各個國家及各 大研究所關注的前沿研究方向。
[0003] 目前，太赫茲時域光譜成像系統(tǒng)已經廣泛應用于生物醫(yī)學領域?，F(xiàn)有的商業(yè)化太 赫茲成像設備中主要采用逐點掃描成像和面陣成像等技術，逐點掃描系統(tǒng)往往采用電機平 臺對樣品進行二維移動實現(xiàn)逐點掃描（光柵掃描），需要耗費較長的時間，無法滿足對生物 體進行在體檢測的實際需求；面陣成像技術如焦平面探測陣列成像、基于電光采樣方法的 CCD成像等存在著系統(tǒng)復雜而且設備昂貴等方面的不足；此外，對于生物體而言，現(xiàn)有的太 赫茲系統(tǒng)大多采用透射式進行研究，這也難以應用于在體檢測。
[0004] 首都師范大學太赫茲重點實驗室的張存林、鄧朝等設計的一種太赫茲成像系 統(tǒng)，利用幀掃平面鏡、多面體轉鏡和陣列探測器實現(xiàn)對物體的多列掃描成像（專利號 CN201210117305. 1)。然而，這種方案利用太赫茲陣列探測器造價較高，且利用多面體轉鏡 掃描容易出現(xiàn)棱角過渡段的光線不明區(qū)域，對于精確控制帶來一定的難度。

【發(fā)明內容】

[0005] 鑒于現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明提供了一種掃描速度快、控制簡便、控制精度高 且適于在體檢測的太赫茲成像系統(tǒng)。
[0006] 為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了如下的技術方案：
[0007] -種太赫茲成像系統(tǒng)，用于對檢測對象進行檢測，包括分光鏡、波束掃描裝置和太 赫茲探測器，所述分光鏡將接收到的太赫茲波反射到波束掃描裝置上，所述波束掃描裝置 對檢測對象進行掃描；檢測對象反射的太赫茲波依次經過所述波束掃描裝置和所述分光鏡 后到達所述太赫茲探測器，所述太赫茲探測器將接收到的太赫茲波轉換成光電流信號輸出 供分析處理。
[0008] 其中，所述波束掃描裝置包括第一可旋轉反射鏡、第二可旋轉反射鏡、掃描透鏡和 反射鏡驅動單元，所述反射鏡驅動單元驅動所述第一可旋轉反射鏡和所述第二可旋轉反射 鏡繞各自的對稱軸轉動；掃描透鏡為聚焦透鏡，太赫茲波依次經過所述第一可旋轉反射鏡、 所述第二可旋轉反射鏡和所述掃描透鏡照射到檢測對象上。
[0009] 其中，所述反射鏡驅動單元包括兩個掃描電機和伺服驅動單元，所述伺服驅動單 元輸出控制信號控制兩個所述掃描電機分別驅動所述第一可旋轉反射鏡和所述第二可旋 轉反射鏡旋轉。
[0010] 其中，所述第一可旋轉反射鏡的對稱軸和所述第二可旋轉反射鏡的對稱軸垂直。 [0011] 其中，所述第一可旋轉反射鏡的的對稱軸垂直于檢測對象，所述第二可旋轉反射 鏡的對稱軸平行于檢測對象。
[0012] 其中，太赫茲成像系統(tǒng)還包括飛秒激光器、分束器和太赫茲發(fā)射器，所述飛秒激光 器用于發(fā)出激光束，所述分束器用于將所述飛秒激光器發(fā)出的激光束分成探測光和泵浦 光；所述泵浦光經所述太赫茲發(fā)射器后對檢測對象進行掃描，檢測對象反射的太赫茲波經 所述分光鏡進入所述太赫茲探測器，所述探測光經往復運動的快速延遲單元進入所述太赫 茲探測器，所述太赫茲探測器在所述探測光和所述太赫茲波的共同作用下產生探測信號。
[0013] 其中，所述快速延遲單元包括音圈電機和光束回返鏡，所述快速延遲單元受所述 音圈電機驅動往復運動，所述光束回返鏡改變光路以投射至所述太赫茲探測器。
[0014] 其中，太赫茲成像系統(tǒng)還包括太赫茲擴束裝置和拋面鏡，所述太赫茲擴束裝置將 所述太赫茲發(fā)射器產生的太赫茲輻射擴束后形成平行光束射出至所述分光鏡；所述拋面鏡 將檢測對象反射回的太赫茲波聚焦至所述太赫茲探測器。
[0015] 其中，太赫茲成像系統(tǒng)還包括第一反射器和第二反射器，所述第一反射器接收所 述飛秒激光器發(fā)出的激光束并反射到分束器上，所述第二反射器接收所述探測光并反射給 快速延遲單元。
[0016] 其中，所述太赫茲發(fā)射器包括太赫茲源和光束整理裝置，所述太赫茲源受激光激 發(fā)可產生太赫茲波，所述光束整理裝置包括透鏡，用于對太赫茲波進行整理。
[0017] 本發(fā)明利用太赫茲波通過波束掃描裝置對檢測對象進行掃描，然后利用太赫茲探 測器接收反射的太赫茲波并轉換成光電流信號輸出供分析處理。這種方式能夠極大地提高 成像的掃描速度，而且控制簡便，造價便宜，有利于系統(tǒng)的集成和擴展；同時通過反射式測 量的方式，使該太赫茲成像系統(tǒng)可以應用于生物體特性的在體檢測。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明實施例的太赫茲成像系統(tǒng)結構示意圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明實施例的太赫茲成像系統(tǒng)的波束掃描裝置結構示意圖。
[0020] 圖3為本發(fā)明實施例的太赫茲成像系統(tǒng)的波束掃描裝置的掃描原理示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面將結合附圖用實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0022] 參閱圖1，本發(fā)明實施例提供了一種太赫茲成像系統(tǒng)，用于對檢測對象100進行檢 測，包括分光鏡50、波束掃描裝置60和太赫茲探測器70,分光鏡50將接收到的太赫茲波反 射到波束掃描裝置60上，波束掃描裝置60對檢測對象100進行掃描；檢測對象100反射的 太赫茲波依次經過波束掃描裝置60和分光鏡50后到達太赫茲探測器70,太赫茲探測器70 將接收到的太赫茲波轉換成光電流信號輸出供分析處理。
[0023] 圖2為波束掃描裝置60的結構示意圖，波束掃描裝置60包括第一可旋轉反射鏡 61、第二可旋轉反射鏡62、掃描透鏡63和反射鏡驅動單元（圖未示），反射鏡驅動單元驅動 第一可旋轉反射鏡61和第二可旋轉反射鏡62繞各自的對稱軸轉動；掃描透鏡63為聚焦透 鏡，太赫茲波依次經過第一可旋轉反射鏡61、第二可旋轉反射鏡62和掃描透鏡63照射到檢 測對象100上。其中，掃描透鏡63的焦點位于檢測對象100表面。
[0024] 進一步地，反射鏡驅動單元包括兩個掃描電機（圖未示）和伺服驅動單元（圖未 示），伺服驅動單元輸出控制信號控制兩個掃描電機分別驅動第一可旋轉反射鏡61和第二 可旋轉反射鏡62旋轉，具體地，第一可旋轉反射鏡61和第二可旋轉反射鏡62繞各自對稱 軸旋轉。
[0025] 在本實施例中，第一可旋轉反射鏡61的對稱軸和第二可旋轉反射鏡62的對稱軸 垂直。第一可旋轉反射鏡61的的對稱軸垂直于檢測對象100,第二可旋轉反射鏡62的對稱 軸平行于檢測對象100。水平射入的太赫茲波經第一可旋轉反射鏡61反射后進入第二可旋 轉反射鏡62,經第二可旋轉反射鏡62反射后由掃描透鏡63聚焦后入射到檢測對象100的 掃描面上。
[0026] 太赫茲成像系統(tǒng)還包括飛秒激光器10、分束器20和太赫茲發(fā)射器30,飛秒激光器 10用于發(fā)出激光束，分束器20用于將飛秒激光器10發(fā)出的激光束分成兩路光：探測光和 泵浦光；其中的泵浦光經太赫茲發(fā)射器30后對檢測對象100進行掃描，檢測對象100反射 的太赫茲波經分光鏡50進入太赫茲探測器70,其中的探測光經快速往復運動的快速延遲 單元80進入太赫茲探測器70,太赫茲探測器70在探測光和太赫茲波的共同作用下產生探 測信號。這里的探測信號為光電流信號。太赫茲探測器70可以是任何可以與飛秒激光和 太赫茲輻射發(fā)生相互作用產生探測信號的太赫茲探測裝置，包括基于光電導采樣和電光采 樣的太赫茲探測裝置，以及包含輔助于太赫茲探測的飛秒激光聚焦透鏡和太赫茲光束準直 透鏡等光束整理裝置。
[0027] 在飛秒激光器10和分束器20之間還設有第一反射器90,用于將飛秒激光器10射 出的激光束改變方向投射至分束器20上，在分束器20和太赫茲發(fā)射器30之間還依次布置 有第一中間反射器93和第一中間透鏡110,第一中間透鏡110為聚焦透鏡，飛秒激光器10 射出的激光束經分束器20分束后的泵浦光經第一中間反射器93反射后再由第一中間透鏡 110聚焦至太赫茲發(fā)射器30。在分束器20和快速延遲單元80之間還設有改變光線方向的 第二反射器91，第二反射器91接收探測光并反射給快速延遲單元80。
[0028] 本實施例的太赫茲成像系統(tǒng)還包括前置放大器200和鎖相放大器300,探測器輸 出的光電流信號經前置放大器200放大后轉變成電壓信號，再由鎖相放大器300進一步放 大以供利用電腦、軟件及相關設備等進行采集分析處理。
[0029] 快速延遲單元80包括音圈電機（圖未示）和光束回返鏡81，快速延遲單元80受音 圈電機驅動沿與入射光線平行的方向進行快速的往復運動，光束回返鏡81用于改變光路 以投射至太赫茲探測器70。由于音圈電機利用通電導體在磁場中受到安培力作用而運動， 其結構中沒有傳統(tǒng)電機的螺母、絲桿等復雜的機械結構，因此運動阻力非常小，從而能夠實 現(xiàn)高速的往復運動。
[0030] 具體地，光束回返鏡81由呈一定夾角的入射反射鏡和出射反光鏡組成，起