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太赫兹时域光谱成像的研究

杨昆  
【摘要】: 太赫兹(THz)辐射能为科学研究和技术应用带来新机遇,太赫兹辐射本身所具有的巨大研究价值,使得太赫兹辐射的研究越来越受到各方面的重视。十几年来超快激光技术的迅速发展,为太赫兹脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源,使太赫兹辐射的机理研究、检测技术和应用技术得到了蓬勃发展。THz成像技术是THz波科学与技术中最具有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。 本课题以太赫兹时域光谱成像为主题,首先通过调研和实验对比,研究了脉冲太赫兹波成像和连续波太赫兹成像的特性。其次,研究了太赫兹时域光谱成像处理方法,分别在时域和频域两种模式下,THz逐点扫描成像的特性,并进行了多光谱成像研究。最后,对四种基本形状不同尺寸的铜孔进行了成像分析,量化评估了太赫兹波对各种小结构的辨别能力。具体工作如下: (1)经过一系列实验,我们对两个太赫兹成像系统的成像机理、系统分辨率、系统噪声、成像速度、信息量、价格、复杂性、便携性及其应用进行多方面的比较。我们发现脉冲太赫兹波成像与连续波太赫兹成像有各自的特点和优势,有很好的互补性。 (2)研究了太赫兹成像技术中时域光谱成像的时域和频域两种模式处理方法。我们以四种爆炸物为样品进行实验,时域模式下,我们主要讨论了振幅成像和位相成像;频域模式下,得到样品在不同频率下的振幅、吸收率、折射率、功率图像,特别是吸收率成像可以避免系统噪声和水吸收峰的影响,提供了一种太赫兹多光谱成像的识别方法。 (3)利用太赫兹时域能量成像方法,得到了透过线形纤维、斑点、圆形团块、方形团块四种小结构的太赫兹能量分布,量化分析了太赫兹波通过各种小结构物体的辨别能力。结果表明,太赫兹透射成像可以达到亚毫米量级的分辨率,这为太赫兹成像识别奠定了基础。此外,我们提出了一种通过太赫兹成像的扫描步长和图像像素来确定未知小尺寸物体大小的方法,并加以应用。 总之,本论文对THz时域光谱成像技术做出了较为全面、系统、详细的分析和探索。内容覆盖了理论研究、实验系统、处理方法、成像本领等方面的研究,研究结果对提高太赫兹成像分辨率和太赫兹图像识别有着重要的意义。


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