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太赫兹实时成像中关键技术的研究与改进

王新柯  
【摘要】:太赫兹光电子学是近几十年来,伴随着超快激光技术的发展而出现的一门新兴的光学学科。太赫兹脉冲实时成像技术在此领域中占有重要的位置,其结合了太赫兹光谱与成像技术的特点,可以对样品的二维光学信息进行精确提取。基于其本身的技术特点,太赫兹实时成像可以大大缩短成像测量的实验耗时,增强太赫兹成像技术的实用性。由于太赫兹辐射具有很多独特的光学性质,使太赫兹实时成像技术在基础研究、工业、军事、生物及医学等领域都具有巨大的应用潜力。 本论文以太赫兹实时成像中所涉及的关键技术为对象,包括反射测量、准近场测量、差分探测和偏振探测,从成像的测量方式、成像分辨率的提高、系统信噪比的优化以及偏振信息的获取四个方面,详细地研究了该成像系统的改进方案,增强了系统的各项性能,促进太赫兹实时成像技术的实用化。主要研究工作概括如下: 研究了太赫兹脉冲反射实时成像技术术,,测量了隐蔽物体的三维太赫兹信息息。。利用太赫兹脉冲反射实时成像系统,对一个隐蔽在高阻硅片后的金属十字进行层析测量,通过由样品内部反射的太赫兹脉冲序列,测量了样品内各层面的形态信息。利用从实验数据中提取的太赫兹脉冲时空分布图,分析了样品内部的纵向信息,计算了样品内各界面之间的距离。此外,搭建了一套太赫兹脉冲垂直反射光谱系统,为对成像系统的进一步改良奠定实验基础。 研究了太赫兹脉冲准近场实时成像技术术,,测量并分析了其成像性能能。。利用刀片法对太赫兹脉冲准近场成像系统的分辨率进行了详细的研究,分析了其亚波长成像特性。通过对每个单一频率成分的分辨率进行测量,分析了光波频率对于成像分辨率的影响。利用不同厚度的金属板进行分辨率测量,分析了样品厚度对于成像质量的影响。利用本系统对三种金属孔阵列样品进行成像测量,验证了本系统的成像能力。 将差分探测方法引入了太赫兹实时成像测量中中,,研究了太赫兹脉冲差分成像技术术。。通过实验和理论上的分析,阐述了太赫兹脉冲差分成像系统的设计原理与优势。提出了一种数字图像处理方法,实现了两个图像的自动匹配。利用刀片法对系统进行分辨率测量,验证了差分探测技术的引入不会影响成像质量。利用本系统,对木质浮雕和两种化学物质的粉末样品分别进行成像测量,并通过与传统方法的测量结果进行比较,分析了引入差分探测技术,对于提高成像系统的信噪比与光谱测量精度方面的作用。 提出了一种太赫兹偏振测量方法法,,研究了太赫兹脉冲偏振实时成像技术术。。通过改进太赫兹脉冲差分成像系统,利用二分之一波片调整探测光偏振态,进而对太赫兹偏振态进行测量。从理论和实验上分别对此方法的原理进行了阐述和验证。利用本系统对由线栅偏振片调制的太赫兹光波进行了偏振测量,验证了本系统的偏振测量能力;对三种样品(石英玻璃、普通玻璃和石英晶体)进行偏振成像测量,对由石英晶体的双折射特性所导致的偏振变化进行了图像识别;测量了两片部分重叠的石英晶体,分析了不同厚度的石英晶体对太赫兹偏振态的不同影响。


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