以高斯波束為探針的太赫茲疊層成像系統

楊書濤，于 淼，張孟庭，楊振剛，劉勁松，王可嘉

（1.華中科技大學 武漢光電國家研究中心 光學與電子信息學院，湖北 武漢 430074；2.航空工業北京長城航空測控技術研究所，北京 100111）

引言

數字全息術是一種重要的成像技術，與傳統全息術相比，數字全息具有實驗裝置簡單、抗干擾能力強等優點[1]。作為數字全息術的一種，相干衍射成像（coherent diffraction imaging，CDI）最初在20世紀60年代被W.Hoppe 等人提出用于研究晶體對象的內部結構[2]。隨著計算機技術的發展，Rodenburg 等人于2004年提出一種名為“疊層迭代引擎（ptychographical iterative engine，PIE）”的相干衍射成像方法[3]。然而，在PIE 方法中需要知道入射波束的完整復振幅信息，為了解決這一缺陷，2009年，“擴展的疊層迭代引擎（extended ptychographical iterative engine，ePIE）”算法被提出，此算法不需要入射光束完整的復振幅信息，并可以同時重建樣品的復振幅透過率信息和入射到樣品表面的光束的復振幅[4]。

太赫茲輻射是頻率范圍在0.1 THz～10 THz（波長范圍為30 μm～3 mm）的電磁波，30多年來，它一直被用于亞毫米級的物體成像[5-7]。太赫茲波束已被用于二維太赫茲光譜成像、太赫茲調頻連續波成像、太赫茲計算斷層成像和太赫茲單像素成像[8-11]中。在這些成像方式中，樣品調制的都是太赫茲波束的振幅，因此相位型樣品較難被成像。作為數字全息術的一種，疊層成像技術可以獲得相位型樣品的圖像[12]。隨著ePIE 算法的發展，已經證明了在X 射線、光學和太赫茲頻段均可以使用疊層成像技術[13-15]。ePIE 算法不僅可以重構晶體內部結構，還可以用于重建光場分布、圖像傳輸、無染色活細胞成像、大型光學元器件測量和重構超短脈沖[16-20]。……