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(jié)果。在該次實驗中，連續(xù)太赫茲反射掃描成像測量得出系統(tǒng)分辨率測量結(jié)果為1.237 lp/mm，其對應線寬為0.393 mm，這與刀口法測量結(jié)果一致，且與傳統(tǒng)刀口法相比較可以簡化測量過程，準確得出測量結(jié)果。應用連續(xù)太赫茲反射掃描成像測量技術(shù)，可以簡化系統(tǒng)分辨率特性測量過程，直觀、準確地得出系統(tǒng)分辨率上限，在測量中發(fā)揮積極測量效果。

關(guān)鍵詞： 太赫茲反射掃描； 反射掃描成像； 實驗分析； 刀口測量法

中圖分類號： TN98?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）10?0042?02

Experimental analysis on effect of continuous terahertz reflection scanning

imaging measurement

XU Feng

（School of Science， Changchun University of Science and Technology， Changchun 310022， China）

Abstract： The experimental analysis on measurement effect 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 group 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 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 process of measuring the resolution of the system， and can obtain the upper limit of resolution of the system 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(guān)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

1.1 太赫茲輻射

實際中，太赫茲的電磁輻射率為0.1～10 THz，并且在太赫茲技術(shù)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(lǐng)域有廣泛的應用。太赫茲技術(shù)將是21世紀重大的新興科學技術(shù)領(lǐng)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(nèi)部進行掃描，是系統(tǒng)分辨率成像測量中的理想技術(shù)。

1.2 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?qū)⒐獠ü鈴娹D(zhuǎn)換成為電壓值；可將轉(zhuǎn)換后得到的電信號，再經(jīng)過進行采樣、A/D轉(zhuǎn)化后，就可以將得到的數(shù)據(jù)傳輸給計算機，并通過相關(guān)軟件構(gòu)建出太赫茲圖像，通過連續(xù)太赫茲反射掃描成像測量，得出測量結(jié)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(zhì)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(shù)，能夠有效地抑制遠紅外背景噪聲的干擾[4]。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(zhuǎn)動能級，電介質(zhì)、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]。因此THz 時域光譜技術(shù)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(zhì)[6]。由于太赫茲能量很小，不會對物質(zhì)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(shù)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]。對于實際中的 連續(xù)太赫茲反射掃描成像技術(shù)，有著THz時域光譜性[8]，可以對物質(zhì)集中進行功能成像，獲得物質(zhì)內(nèi)部的折射率分布，通過對比實物照片和相應方法重構(gòu)的THz 透射圖像，能清晰地分辨出被測量物體的實際形狀。

3 星形分辨率成像測量實驗

3.1 實驗方案

成像系統(tǒng)需要復制出的物體細節(jié)數(shù)量，為了獲得精確的測量，可以根據(jù)分辨率結(jié)果，分析連續(xù)太赫茲反射掃描成像測量結(jié)果。計算機傳感器分辨率（S）：

[S=FOV分辨率×2 =FOV最小特征的大小×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(shè)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(jié)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(shè)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。

3.2 測量方法

刀口法測量之中，可以應用刀口儀進行測量，能夠?qū)⒔庀衤拾宸旁谄叫械墓夤芮懊?，然后能夠讓燈均勻的照射在解像率板上，之后?jīng)平行光管的成像作用，就能夠?qū)⑦@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，得出該解鏡頭解像率。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(jié)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，重建出掃描圖像，并可運用太赫茲成像掃描技術(shù)，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，從而可積極構(gòu)建出采樣物品的太赫茲圖像。分析電壓信號峰值，從而得出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。

3.3 實驗結(jié)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出系統(tǒng)分辨率測量結(jié)果為1.237 lp/mm，其對應線寬為0.393 mm，與刀口法測量結(jié)果一致，且與傳統(tǒng)刀口法相比較，可以簡化測量過程，準確得出測量結(jié)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(nèi)部結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。太赫茲波與掃描樣品之中，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(qū)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(gòu)建出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(jié) 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，可以方便地測量出系統(tǒng)的分辨率，可以簡化系統(tǒng)分辨率特性測量過程，得出直觀、準確的系統(tǒng)分辨率測量結(jié)果，發(fā)揮積極應用價值。

參考文獻

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