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脉冲THz时域光谱成像及连续THz波成像相关技术研究

张振伟  
【摘要】:THz成像技术是THz波科学与技术中最具应用前景的研究领域,人们预期它将对整个世界产生深远的影响。THz成像技术中最关键的部分包括高功率、便携式、可调谐的THz辐射源,宽频谱、高灵敏度、低噪声的探测器,合理的系统设计和优化措施以及快速、高效的数据处理方法。 本论文主要围绕THz成像技术中的两个重要研究方向——脉冲THz光谱成像和连续THz波成像——展开,从理论和实验的角度对系统的一些关键问题进行分析。首先总结了脉冲THz时域光谱/成像系统的搭建和优化过程,分析系统性能,实验研究系统分辨率,THz光谱随泵浦波长的变化。然后采用不同的成像方法对葵花籽,爆炸物等样品成像和鉴别。最后对连续THz波成像系统进行系统分析,通过对烧蚀样品烧蚀程度和航空泡沫样品内部缺陷的探测,验证系统将成为一种高效的无损检测手段。同时,通过对两种系统的研究和应用表明,系统在应用上具有各自的特点,同时又有很好的互补性。论文的主要研究和工作结果有: (1) 建成两套THz时域光谱成像系统,给出采用反射式InAs作为THz辐射源和采用光导天线作为THz辐射源的脉冲THz时域光谱系统的搭建过程,包括搭建步骤、优化过程、系统噪声分析,同时研究了100取向的InAs晶体在不同波长泵浦光作用下的辐射光谱特性,结果显示泵浦光波长越短,THz发射谱越宽。 (2) 讨论脉冲THz逐点扫描成像系统,包括成像装置、系统分辨率分析、数据获取、数据处理和分析等几个方面。论证这一新技术的特点和优势,预期其在结构成像和功能成像方面的应用,并应用不同的数据处理方法对葵花籽内部结构成像,对几种隐藏的爆炸物样品成像并识别,对比不同处理方法的成像特点。 (3) 讨论连续THz波成像系统在无损检测领域的应用,对系统进行了全面的分析,包括分辨率分析、系统固有干涉条纹分析等等,并对烧蚀样品烧蚀程度和航空泡沫样品内部缺陷进行了成功的探测。 总之,本文对THz成像技术做出了较为全面、系统、详细的分析和探索,不仅对上述实验系统中的关键问题进行了系统分析,同时也给出必要的研究思路和方法,是今后进一步深入研究和探索具有指导意义。


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