太赫兹计算机辅助层析成像发展近况

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太赫兹波技术的现状与应用

太赫兹波技术的现状与应用

太赫兹波技术的现状与应用随着科学技术的不断发展,人们对于各种新技术的研究也越来越深入。

在这其中,太赫兹波技术是一个备受关注的话题。

太赫兹波技术是一种介于微波和红外线之间的电磁辐射波,其波长在0.1毫米至1毫米之间。

由于太赫兹波具有许多独特的性质,使得它们在许多领域都有着广泛的应用。

在这篇文章中,我们将探讨太赫兹波技术的现状与应用。

太赫兹波技术的现状太赫兹波的发现可以追溯到上世纪六十年代,但由于当时技术的限制,太赫兹波的研究以及应用一度被忽略。

直到二十一世纪初,随着新材料、新器件以及大数据的出现,太赫兹波技术才得到了广泛的研究和应用。

目前太赫兹波技术已经成为了一个研究热点,不仅在学术领域,也在产业领域中得到了广泛应用。

由于太赫兹波具有许多独特的性质,例如穿透力强、容易控制、不会产生辐射等,因此被广泛地应用于通讯、成像、生物医学及安检等领域。

太赫兹波技术的应用在通讯领域,太赫兹技术有很广泛的前景。

相比于现有的通讯技术,太赫兹波的传输速度更快,而且带宽更宽广,这一点对于现代通讯技术来说非常有利。

目前,太赫兹通讯技术的研究还处于实验室阶段,但是随着这一技术的不断发展,它将会在未来的通讯技术中占据重要地位。

在成像领域,太赫兹技术也有着广泛的应用前景。

相比于传统成像技术,太赫兹成像技术更加具有优势。

由于太赫兹波在人体组织中不会产生任何破坏,因此可以被应用在医学领域中。

太赫兹成像技术可以被用来检测人体器官的缺陷以及肿瘤等,目前在医学领域的研究也已经取得了许多重要的进展。

在生物医学方面,太赫兹技术还可以被用来检测物质的结构和成分。

太赫兹波具有高精度和非侵入性等优点,可以用来检测和匹配多种生物分子结构。

因此,太赫兹技术在生物医学研究和临床检测中具有广阔的应用。

安检领域也是太赫兹技术的另一个重要应用领域。

太赫兹波可以穿透不同材料的表面,以便于检测不同种类的隐藏物品。

因此,太赫兹技术被广泛地应用于航空安全、铁路安全等领域。

太赫兹科技的新进展与应用前景

太赫兹科技的新进展与应用前景

太赫兹科技的新进展与应用前景太赫兹科技是一种处于相对较新的技术领域,主要基于超高频电磁波的性质和应用。

太赫兹波的频率位于微波和红外辐射之间,在电磁频谱中被称为太赫兹光。

相较于其他电磁波,太赫兹光有着独特的特性和优异的应用前景,如医学成像、无损检测、通信、安全等。

在近几年,太赫兹科技出现了新的进展与研究领域,展现出了广泛的应用前景。

一、经典应用领域近年来,太赫兹科技在经典应用领域得到了广泛的应用,这些应用主要集中在无损检测、生物医学成像和通信等方向。

1. 无损检测太赫兹技术能够检测颗粒、气体、液体等所有物质的物理化学性质,因此被广泛应用于无损检测领域。

无损检测是一种非破坏性的技术,能够对材料进行组织结构、缺陷、深度等方面的检测和分析,特别适用于金属、塑料、纤维材料等领域。

在航空、汽车、电子等行业,无损检测已成为保证质量和安全的必不可少的手段之一。

太赫兹科技具有独特的波长和能量,能够透过许多材料,也能够检测出材料中的缺陷,因此在无损检测领域的应用越来越广泛。

2. 生物医学太赫兹技术对生物医学领域的应用也是热点之一。

太赫兹波可以有效地穿透生物体内的组织,根据被反弹回来的太赫兹波来检测人体内的病变。

医学成像是太赫兹应用领域中的重要方向,如癌症早期筛查、皮肤病检测等方面,均有广阔的应用空间。

3. 通信领域太赫兹波在通信领域中也有广阔的应用前景。

太赫兹波的频段虽然比普通电波要高,但是能穿透很多物质,也具有传播距离远等特点。

在无线通信、室内局部覆盖以及频谱利用等方面,太赫兹技术具有广泛的应用前景。

二、新兴领域除了经典应用领域外,近年来,太赫兹科技在新兴领域的研究和应用也越来越多,表现出了广阔的应用前景。

1. 太赫兹光子学太赫兹光子学是太赫兹科技的一个新兴研究领域。

太赫兹光的频率范围大,能够与微波、红外和光学波相互作用,因此太赫兹光子学成为新型器件和传感器的重要领域。

太赫兹光子学的研究主要关注太赫兹光的发射、接收及其在各种材料中的传播、操控等方面。

太赫兹技术的研究现状与应用前景

太赫兹技术的研究现状与应用前景

太赫兹技术的研究现状与应用前景随着科技的不断进步,人类对于可以掌握和利用的频率范围也在不断扩大。

而在这些频率范围中,太赫兹波段成为一个备受瞩目的研究领域。

太赫兹波段的频率范围一般为0.1THz到10THz,介于微波频段和红外线之间,被广泛应用于医学、生物、安检、通信等多个领域。

本文将就太赫兹技术的研究现状和应用前景进行探讨。

太赫兹技术的研究现状通过光学、电学或者超导材料等多种方式引起和探测太赫兹辐射已成为当前太赫兹技术研究的主流。

其中光学法最为普及,利用激光系统产生太赫兹脉冲,然后通过探测器进行检测。

此外,一些研究者通过特定材料的局域振荡实现太赫兹波产生,其优点是具有良好的控制性能。

超导材料是太赫兹技术的重要实现手段之一,其超导电性能产生的电磁场可以产生太赫兹辐射。

近年来,越来越多的新材料应用于太赫兹技术研究,例如二维材料和纳米材料。

尽管太赫兹技术发展现状良好,但在太赫兹波产生、探测和处理等方面仍存在许多挑战。

对于太赫兹波的产生,需进一步提高产生效率,提高太赫兹间隔时间,扩展较大的输出功率等问题需要解决。

对于太赫兹波的探测,提高探测灵敏度、额定电压等问题是需要攀登的技术高峰。

处理太赫兹波的方式通常使用太赫兹成像等过程,但仍需进一步提高处理速度和分辨率。

此外,太赫兹技术的应用范围还需要进一步拓展,加强技术创新。

太赫兹技术的应用前景因为太赫兹波对物质有很好的透过性和特异性,因此在医学领域有广泛的用途。

如利用太赫兹波进行组织及肿瘤的成像、皮层保护层的检测等。

在生物领域,利用太赫兹波可进行DNA生物分子调控、生物分子结构研究等。

在安检领域,因为太赫兹波对水分子敏感性极强,因此可应用于检测化学品、烟草、爆炸物等。

此外,太赫兹波亦可应用于通信领域,用于高速通信传输、数据储存等。

可以预见的是,太赫兹技术的应用范围有着更广阔的前景。

利用太赫兹技术可实现对材料建模、热烟云检测、飞行器导航、食品安全检测等。

同时,在太赫兹器件制造方面有着广阔的发展空间,例如利用纳米材料进行制造、提高器件性能等。

国内外太赫兹技术发展及应用

国内外太赫兹技术发展及应用

国内外太赫兹技术发展及应用太赫兹(THz)指的是电磁频谱上频率为0.1~10THz的辐射,波长范围为0.03~3mm,介于无线电波和光波之间。

太赫兹波具有穿透性强、使用安全性高、定向性好、带宽高等技术特性。

太赫兹是电磁波谱最后的处女地,具有独特的优越性及极重要的应用,是新一代产业的科学技术基础。

太赫兹科学综合了电子学与光子学的特色,是典型的交叉前沿科学领域,蕴含着原创性重大机理和方法并亟待突破,具有重大的科学意义。

太赫兹科学技术也将是后摩尔时代信息技术发展的重要支撑,因此世界各国都对太赫兹技术进行了广泛而深入的研究,并获得了一系列成果。

太赫兹技术的发展过程在美国国内有数十所大学都在从事THz的研究工作,特别是美国重要的国家实验室,都在开展THz科学技术的研究工作。

美国国家基金会(NSF)、国家航空航天局(NASA)、能源部(DOE)和国家卫生学会(NIH)等从90年代中期开始对THz科技研究进行大规模的投入。

如航天飞机表面隔热材料THz成像检测系统、THz 雷达、安检系统、环境监测设备等。

欧洲的一些国家相继建立THz 科学研究机构,已取得了较大进展。

英国的Rutherford国家实验室,剑桥大学、里兹大学、Strathclyde等十几所大学,德国的若干所大学,都积极开展THz研究工作。

欧洲国家还利用欧盟的资金组织了跨国家的多学科参加的大型合作研究项目。

在俄国国家科学院专门设立了一个THz研究计划,IAP,IGP及一些大学也都在积极开展THz研究工作。

日本于2005年1月8日,公布了日本国十年科技战略规划,提出十项重大关键技术,将THz列为首位。

东京大学、京都大学、大阪大学、东北大学、福井大学以及各公司都大力开展THz的研究与开发工作。

特别在THz 通信方面取得了重要进展,研发出120GHz 毫米波无线通信系统和300GHz~400GHz的无线通信系统。

目前的移动通信无线接入网络均是采取低于5 GHz频点的物理频段,并采取高阶调制方式(比如QAM)来提高无线频谱资源利用效率与有限带宽内的移动接入速率。

太赫兹成像技术研究

太赫兹成像技术研究

太赫兹成像技术研究一、引言太赫兹成像技术是一种新兴的成像技术,在医学、安全、文化遗产保护等领域有着广泛的应用前景。

本文将介绍太赫兹成像技术的原理、应用、发展趋势、存在的问题以及对应的解决方案。

二、太赫兹成像技术原理太赫兹波是介于微波和红外线之间的电磁波,其频率在0.1 THz至10 THz之间。

太赫兹波的电磁波长度在物质微观结构尺度范围内,可以穿透许多非金属材料并揭示其内部结构。

太赫兹成像技术是一种通过利用太赫兹波进行成像的方法,可实现基于温度差异和物质不同介电常数的显影方法。

太赫兹成像技术可以利用太赫兹波在障碍物的反射、穿透和散射等特性,对被成像物体的内部结构进行探测。

太赫兹成像技术具有非接触、非破坏和低功率的特点,并且可以穿透非金属和非透明材料,因此在医学、安全和文化遗产保护等领域有着广泛应用。

三、太赫兹成像技术应用1.医学领域太赫兹成像技术在医学领域中被广泛应用,例如,通过太赫兹成像技术可以探测牙齿中的龋洞、蛀牙和血管中的血栓等病变,并且可以提高手术的精度和效率。

太赫兹成像技术还可以用于脑部和胃肠道的成像,以及皮肤疾病的诊断和治疗。

2.安全领域太赫兹成像技术可以检测在行李箱、数码相机等物品中隐藏的危险品,例如爆炸品、毒品和武器等。

3.文化遗产保护太赫兹成像技术可以应用于文物的非破坏性探测和图像重建,例如青铜器的成分分析、古代书画的描摹和唐三彩的断面解剖等。

四、太赫兹成像技术发展趋势1.传感器技术太赫兹成像技术的发展需要更高性能的探测器和放大器。

因此,需要深入研究和改进现有的太赫兹传感器技术,提高其灵敏度、辨别能力和信噪比。

2.成像分辨率太赫兹成像技术的成像分辨率是限制其应用的主要难点。

因此,需要推动太赫兹成像技术的分析技术和图像处理技术的进步,以提高成像的分辨率和准确性。

3.多模态成像技术太赫兹成像技术与其他成像技术的协同利用可以产生更全面和准确的成像结果。

例如,通过太赫兹成像技术和磁共振成像技术的结合可以实现人体器官的三维成像和定位。

2024年太赫兹人体安检仪市场分析现状

2024年太赫兹人体安检仪市场分析现状

2024年太赫兹人体安检仪市场分析现状引言随着恐怖主义和非法藏匿物的威胁不断增加,人体安检成为现代社会中重要的安全措施之一。

而太赫兹人体安检仪作为一种新兴的安检技术,近年来在人体安检领域中得到了广泛的应用。

本文将对太赫兹人体安检仪市场的现状进行分析,并探讨其发展趋势。

太赫兹人体安检仪的介绍太赫兹人体安检仪是利用太赫兹波段的电磁波进行人体检测和安全筛查的一种设备。

太赫兹波段位于毫米波和红外线之间,具有穿透性强、无辐射、非接触等优点。

它可以检测人体携带的非法物品,如武器、爆炸物等,并在不侵犯个人隐私的情况下进行安全筛查。

太赫兹人体安检仪市场的现状市场规模目前,太赫兹人体安检仪市场规模正在不断扩大。

太赫兹技术的不断成熟和市场需求的增加,推动了太赫兹人体安检仪市场的发展。

根据市场研究公司的数据,太赫兹人体安检仪市场预计将在未来几年内以高速增长,年复合增长率预计超过10%。

市场驱动因素太赫兹人体安检仪市场的增长主要受到以下几个因素的驱动:1.安全需求的增加:恐怖袭击和犯罪活动的威胁不断增加,推动了安全检查技术的需求,从而带动了太赫兹人体安检仪市场的增长。

2.制造技术的改进:太赫兹技术的改进使得太赫兹人体安检仪具备更高的分辨率和检测能力,满足了用户对安全措施的更高要求。

3.成本的降低:太赫兹技术的成本不断下降,使得太赫兹人体安检仪更具竞争力,进一步推动了市场的增长。

市场挑战和机遇太赫兹人体安检仪市场虽然有着广阔的发展前景,但仍面临一些挑战。

其中主要包括:1.传感器技术的限制:太赫兹传感器的灵敏度和分辨率有限,限制了太赫兹人体安检仪的检测能力。

2.法律和隐私问题:在一些地区,太赫兹人体安检仪可能受到隐私和人权方面的限制,这可能会影响市场的扩展。

然而,随着技术的进步和政策的优化,太赫兹人体安检仪市场仍具有巨大的机遇。

例如,太赫兹人体安检仪可以在机场、地铁站等公共场所进行快速筛查,提高安全检查的效率和准确性。

太赫兹人体安检仪市场的发展趋势技术升级太赫兹人体安检仪的技术将持续升级和改进。

全球及中国THz成像设备市场洞察报告

全球及中国THz成像设备市场洞察报告

Definition 太赫兹辐射:波长处于亚毫米量级(波长3mm~30um,对应频率 0.1THz~10THz)的电磁辐射,由于太赫兹辐射所处波段的位置介于微波与红外之间,因此使其兼备了很多微波与红外波段的性质,例如水分子等极性物质对其吸收强烈、光谱信息丰富、对非极性物质透过率高、光子能量小等。

THz成像设备太赫兹成像设备:是一种能够发射、接收并处理太赫兹波的设备,它主要由一个太赫兹光源、一个光学系统和一个太赫兹检测器组成。

特性与应用等领域具有重要意义。

定义与应用THz 成像设备技术介绍1被动式成像通过太赫兹探测器对被测物体自身的辐射能量进行探测,利用不同物质辐射强度的差异来实现成像和辨别。

被动式成像是一种相对安全的成像方式,但是成像系统对信号本身的强度以及接收机的灵敏度要求较高。

根据成像机理,太赫兹成像分为被动式成像和主动式成像:2主动式成像通过太赫兹辐射源发射一定强度的太赫兹信号并照射到被测物体,利用太赫兹探测器接收被测物的反射波或者透射波,通过成像系统对探测器探测到的振幅和相位信息进行分析处理,得到被照射物体的图像。

主动式成像系统可以对包括塑料、生物组织等非金属材料进行检测,并且可以有效地进行三维成像。

于生物组织、纸张、塑料等材料具有较好的穿透性,因此太赫兹成像技术可以在不破坏样品的情况下进行成像。

•高分辨率:太赫兹波长短,频率高,因此太赫兹成像技术可以实现高分辨率的成像。

•安全性:太赫兹波是非电离辐射,对人体和环境没有危害,因此太赫兹成像技术是一种安全的成像技术。

•易于操作:太赫兹成像技术可以使用简单的光学元件和探测器进行操作,因此具有较低的成本和易于操作的优势。

•多功能性:太赫兹成像技术可以用于医疗、安全检测、文物保护等多个领域,具有广泛的应用前景。

原材料THz 信号源THz 检测器THz 天线光学元件金属材料陶瓷基板半导体晶片相关器件中游主要制造商下游主要应用领域THz 传输线控制电路上游原材料及相关器件安防安检THz 成像技术可以实现对人体和物品的成像检测,如行李箱、车辆、建筑等的安全检查,且不会对人体和物品产生辐射危害无损检测THz 成像技术可以通过探测和分析不同材料的电磁波特性,实现对材料的无损检测、成分分析和缺陷识别等。

太赫兹技术研究现状

太赫兹技术研究现状

太赫兹技术研究现状一、太赫兹源和检测器太赫兹波源的研究是太赫兹技术的关键之一、常见的太赫兹源包括光学激光器、微波源和荷电粒子束。

其中,光学激光器是目前最常用的太赫兹波源。

检测器的选择也对太赫兹技术的应用起到关键作用。

常用的太赫兹检测器有太赫兹增强型光电探测器、微波检测器和热电探测器等。

二、太赫兹成像技术太赫兹成像技术是太赫兹技术的主要应用之一、相比传统成像技术,太赫兹波能够穿透许多日常物体,如纸张、塑料和织物等,同时对多种材料具有良好的吸收和反射特性。

太赫兹成像技术可用于检测物体的内部结构、识别隐蔽物体和观测材料的物理特性。

三、太赫兹通信技术太赫兹通信技术是近年来研究热点之一、由于太赫兹波具有相对较高的带宽和较低的能量传输损耗,因此被认为是下一代高速无线通信的理想选择。

目前,太赫兹通信技术主要面临的挑战是信号传输的稳定性和传输距离的限制。

四、太赫兹辐射太赫兹辐射是指在太赫兹频率范围内的电磁辐射现象。

太赫兹辐射具有波长较长,穿透力较强的特点,因此对生物组织和有机物质的影响较小。

这使得太赫兹辐射在医疗影像、食品质量检测和安全检测等领域得到广泛应用的研究。

五、太赫兹光学太赫兹光学是研究和应用太赫兹波的光学现象和原理。

太赫兹光学包括太赫兹波的产生、传播、调制和控制等方面的研究。

太赫兹光学技术能够在太赫兹频率范围内实现超材料、光子晶体、太赫兹光纤等器件的设计和实现。

总结而言,太赫兹技术是一项具有广泛应用前景的电磁波技术。

目前,太赫兹技术在太赫兹源和检测器、太赫兹成像、太赫兹通信、太赫兹辐射和太赫兹光学等领域都取得了一定的研究进展。

随着技术的不断进步和创新,太赫兹技术在各个领域的应用将会进一步拓展和完善。

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太赫兹计算机辅助层析成像发展近况李运达;李琦;丁胜晖;王骐【摘要】由于太赫兹波可穿透塑料、纸张、衣服等非金属、非极性物质,较X辐射具有较低的光子能量,且计算机辅助层析成像(CT)可获得物体内部结构信息,并可重构出物体的三维图像,因此太赫兹CT受到国际广泛关注.重点介绍了近年来太赫兹CT研究重点及具体状况,并分析了存在的问题和发展趋势.可为我国太赫兹CT技术的发展提供技术借鉴.%Terahertz radiation can penetrate nonmetallic materials and nonpolar materials such as plastics, papers and cloth,and has lower photon energy than X-ray. Computed Tomography ( CT) can obtain internal structure distribution information of a sample and reconstruct 3D images. THz CT has drawn much attention all over the world. In the paper, the research focuses and concrete conditions of THz CT in these years have been highlighted, and the problems and development trends have also been analyzed. The paper can provide technical reference for THz CT in China.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2012(042)012【总页数】5页(P1372-1376)【关键词】太赫兹;计算机辅助层析成像;三维图像【作者】李运达;李琦;丁胜晖;王骐【作者单位】哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室,黑龙江哈尔滨150081;哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室,黑龙江哈尔滨150081;哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室,黑龙江哈尔滨150081;哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室,黑龙江哈尔滨150081【正文语种】中文【中图分类】O441.4太赫兹计算机辅助层析(CT)成像可获得物体内部结构信息,并可重构出物体的三维图像。

由于太赫兹波可穿透塑料、纸张、衣服等非金属、非极性物质,且较 X 辐射具有较低的光子能量;太赫兹 CT对人和其他生物伤害较小,适于无损检测,已有近十年的发展历史。

至2005年,美国在太赫兹 CT成像理论和实验上进行了较多的研究[1-6],成为此领域的奠基者。

随后澳大利亚、英国、法国、日本和中国等国相继进行了成像和重构方法研究。

国内对太赫兹CT发展状况的介绍多针对2006年以前的文献报道,而近年来,太赫兹CT在成像速度、重构算法和成像方式等方面又有了进一步发展。

因此,为了给我国太赫兹CT技术的发展提供技术借鉴,本文重点介绍了近六年太赫兹 CT技术研究状况,并分析了存在的问题和今后发展方向。

由于太赫兹光波长比 X射线大 7个数量级,通常情况下不能用一条直光线进行描述,此时对于THz CT,重建的是物体的复折射系数变化函数。

其中复折射系数函数可以表示为:=n(ω,r)+ j k(ω,r),重构出的时域场为:其中,由此可知,当采用太赫兹脉冲进行层析成像时,利用太赫兹脉冲的强度和相位信息不仅可以获得物体横截面的吸收系数的分布,还可以获得折射率分布信息。

当采用连续太赫兹激光源时仅考虑太赫兹光强的衰减,可把太赫兹光近似看作理想光束。

光强衰减服从比尔指数定律,物体吸收系数μ(χ,y)分布表达式为:此即为滤波反投影(FBP)算法。

FBP算法是太赫兹 CT中应用最广泛的一种解析算法。

另外,太赫兹 CT的重建算法还包括迭代算法。

目前比较有代表性的迭代算法包括代数重建算法(ART)和联合代数重建算法(SART)等。

目前,为了提高重构图像质量和缩短成像时间以实现实时成像,研究人员主要在激光源的选取、成像方式以及重构算法等方面进行了大量研究。

2006年,英国剑桥大学K.Lien Nguyen等人采用量子级联激光器实现了连续太赫兹光三维层析成像[7]。

对一聚苯乙烯小丑头像进行层析成像。

2007年,澳大利亚Xiao-xia Yin等人使用基于小波变换的滤波反投影法对部分区域投影数据进行处理获得局部重构图像[8-9]。

提高了探测固体材料的缺陷以及在临床中的疾病状态的诊断的可行性。

随后也研究了2.9 THz连续太赫兹局部图像三维重构[10]。

2009年,日本Naoki Sunaguchi等人证明了基于断层合成的吸收对比连续太赫兹深度解析三维成像技术。

除了投影数量减小很多之外,与CT成像基本相似[11]。

对铅笔字纸样本进行实验。

实验装置及成像样品和重构结果如图1、图2所示。

2010年,日本 E.Kato等人利用超短脉冲光纤激光器实现光谱 3D层析图像[12]。

图 3为成像装置,使用光纤激光器和光电导开关产生和太赫兹波,可以测得整个频带内的振幅和相位投影信息。

图4给出通过综合投影数据重构获得的三维结果。

样本是装有乳糖、酪氨酸以及乳糖酪氨酸混合粉末的聚乙烯杯状物。

同年,法国E.Abraham等人研究了三维层析成像中物体折射率很大时对层析成像的影响。

通过对太赫兹波形进行多峰值平均处理可以降低由折射引起的偏折影响。

采用飞秒激光器泵浦产生太赫兹脉冲分别对聚四氟乙烯圆柱以及经干燥处理的鸡骨进行了层析实验[13]。

实验中最大折射率为 2.4。

图5给出鸡股骨重构结果。

由于衍射效应的影响,实验结果还不够理想。

2011年,法国的B.Recur等人为重建大尺寸三维物体比较FBP,SART以及OSEM重构算法。

在实验中采用耿氏振荡器产生240 GHz和110 GHz的连续太赫兹光,对重构横截面图像分别在强度、对比度以及几何复原等方面进行比较[14]。

实验证明,当最小的投影方向数18时,SART重构质量仍较好。

图6给出三维重构结果。

同年,EmmanuelAbraham等人证明了使用实时线投影进行快速太赫兹光谱层析成像。

对于360°角度旋转的样本,每一线投影所需时间是10 ms,在0.6°取样角下获得600个投影数据,总共仅需 6 s,极大地缩短了数据采集时间[15]。

图7和图8分别给出实验装置图及对直径 2 mm金属条所成图像。

同年10月,英国的Krikor B.Ozanyan等利用脉冲太赫兹光对聚苯乙烯泡沫样本进行层析成像,采用瞄准仪对透射光进行空间滤波,使绝大部分由散射和衍射产生的杂散光被滤除,对相位延迟数据进行重构获得了二维图像[16]。

目前国内对太赫兹层析成像技术的研究尚处于发展阶段,主要有首都师范大学、浙江大学、电子科技大学和哈尔滨工业大学等单位从事于这方面研究。

目前已经有单位获得了可以进行实验观察的层析图像。

2007年,首都师范大学设计搭建了太赫兹脉冲反射式焦平面层析成像系[17],可对拥有多层结构样本进行层析成像。

通过对从不同界面反射回来的太赫兹脉冲的时间间隔进行测量,可估算出每一层结构的厚度值。

2008年,他们利用透射式连续太赫兹波成像系统在国内首次实现了连续太赫兹波计算机层析成像[18],如图 9所示。

耿氏二极管产生的0.2 THz输出功率为10 mW,对航天绝热泡沫材料样品测量得到 90组投影数据。

样本照片及不同高度处的样本重构图像如图10所示。

由于太赫兹波长限制,此实验系统的分辨率不高于1.5mm。

图 10 样本照片及不同高度重构图像[18]2011年,电子科技大学利用CO2泵浦CH3OH气体产生太赫兹光作为激光源,设计搭建了基于面阵探测器的连续太赫兹层析成像系统,实验中采用滤波反投影法分别对木棍和瓜子样本进行了层析成像测量,并构建出样本的二维和三维图像[19]。

2012年,哈工大本课题组采用 CO2泵浦连续太赫兹气体激光器和室温单元探测器实现了扫描连续太赫兹层析成像,分析比较了FBP、SART以及改进的联合代数重建(MSART)算法的图像重构效果,并研究了图像处理操作对重构图像的影响,进行了三维重构。

图11、图12给出了三角形聚苯乙烯材料样本成像结果[20]。

目前太赫兹 CT三维成像是人们关注的重点。

已对骨头、聚乙烯和聚苯乙烯样本、乒乓球等进行了三维重构,重构效果大多不够理想。

主要由于太赫兹波长较 X射线长,不能简单近似为直线传播,样本散射、折射和衍射较明显。

太赫兹 CT的应用主要受以下三个因素限制:成像速度较慢、成像装置较复杂且成本高和成像物体折射率一般需低于1.5。

迄今已在太赫兹CT成像机理和重构方法两方面进行了提高成像速度的研究。

最快成像时间可达6 s,但成像区域仅为平方厘米量级。

成像装置复杂且成本高的主要原因在于太赫兹辐射源的选择。

目前主要采用飞秒激光器触发光电导开关、量子级联激光器和耿氏二极管。

利用飞秒激光器实现脉冲太赫兹层析成像可以获得振幅、峰值时间和材料的光谱特性等投影信息,不仅获得物体的吸收系数,还可以得到折射率及材料的三维分布。

另外,可利用多峰值平均处理,降低由折射引起的太赫兹辐射偏折对层析成像的影响;可通过提高物体转速实现快速二维层析成像。

但是总的说来,此类成像系统较为复杂,体积较大,成本高。

量子级联激光器构成的成像系统体积较小,但一般需要制冷。

耿氏二极管成像系统易于操作,成本较小,但由于输出波长较长,因此分辨率较低,一般在1.5 mm左右。

CO2泵浦连续太赫兹气体激光器较飞秒激光器辐射源功率高、易于操作、成本低,且分辨率较耿氏二极管高。

截至目前,只有利用飞秒激光器的太赫兹 CT在成像物体折射率限制上找到了一种解决措施,但尚未从根本上解决。

这是制约太赫兹 CT应用推广的瓶颈,是今后研究的重中之重。

另外,面阵成像系统和三维重构算法也将是研究的重点。

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