專利名稱：利用偏振可控的太赫茲波對樣品進行成像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太赫茲波成像領(lǐng)域，具體而言，涉及一種利用偏振可控的太赫茲波對樣品進行成像的方法。
背景技術(shù)：
太赫茲輻射由于其具有瞬態(tài)性、低能性和相干性等獨特的性質(zhì)，而在衛(wèi)星通訊、無損檢測、軍用雷達等方面具有重大的科研價值和廣闊的應(yīng)用前景。太赫茲偏振測量、太赫茲通訊、生物醫(yī)學(xué)成像、軍事目標識別、化學(xué)成分分析以及太赫茲濾波片的制作等都需要對太赫茲波的偏振方向進行精確控制。通過研究由雙頻激光激發(fā)空氣等離子體所產(chǎn)生的太赫茲輻射的偏振方向，可以改變四波混頻中基頻波和二次諧波之間的相對相位控制輻射的太赫茲波的偏振方向，利用這種偏振可控的太赫茲波可以對物體進行偏振成像。在采用電光取樣探測方法的成像技術(shù)中，目前存在的成像方法的特征是僅探測太赫茲電場矢量在一個方向上的分量，這就使得一些成像結(jié)果很難得到真實解釋，導(dǎo)致獲得的樣品圖像信息較為有限。例如，一般對于樣品信號相對于參考信號的電場強度的振幅的降低理解為樣品對于太赫茲輻射的吸收和散射造成，但實際上，太赫茲電場矢量的旋轉(zhuǎn)同樣會引起這種探測強度的減小。所以，目前的成像方法不能考慮樣品對于太赫茲波的雙折射特性，并且，除了雙折射效應(yīng)，斜入射后的反射以及多次散射都可能引起太赫茲電場方向的改變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種利用偏振可控的太赫茲波對樣品進行成像的方法，用以根據(jù)樣品引起的太赫茲波偏振態(tài)發(fā)生的微小變化，獲取更多的圖像信息。為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種利用偏振可控的太赫茲波對樣品進行成像的方法，其包括以下步驟在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振時，將偏振方向調(diào)整為水平方向，測量與被測樣品相互作用后的太赫茲波的水平分量；對水平分量的太赫茲脈沖進行分析，得到水平偏振太赫茲波入射的物體圖像；在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振時，將偏振方向為豎直方向，測量與被測樣品相互作用后的太赫茲波的水平分量；對水平分量的太赫茲脈沖進行分析，得到豎直偏振太赫茲波入射的物體圖像。在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振，將偏振方向調(diào)整為水平方向步驟包括移動 BBO(偏硼酸鋇)晶體以改變BBO晶體到等離子體的距離，將太赫茲波的偏振方向控制為水平方向，其中，水平方向?qū)?yīng)的位置為沿光束傳播方向掃描BBO晶體的位置時電光取樣探測得到的太赫茲波強度最大的BBO晶體的位置。在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振時，將偏振方向調(diào)整為豎直方向步驟包括移動 BBO晶體以改變BBO晶體到等離子體的距離，將太赫茲波的偏振方向控制為豎直方向，其中，豎直方向?qū)?yīng)的位置為沿光束傳播方向掃描BBO晶體的位置時電光取樣探測得到的太赫茲波強度最小的BBO晶體的位置。通過精密平移臺控制移動BBO晶體的位置。在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振時，將偏振方向調(diào)整為水平方向步驟包括通過在 BBO晶體和等離子體之間加入一對楔形的石英晶體，調(diào)整其插入光束中的位置將太赫茲波的偏振方向控制為水平方向。將太赫茲波的偏振態(tài)控制為線偏振，將偏振方向調(diào)整為豎直方向步驟包括通過在BBO晶體和等離子體之間加入一對楔形的石英晶體，調(diào)整其插入光束中的位置將太赫茲波的偏振方向控制為豎直方向。被測樣品為與太赫茲波相互作用后引起太赫茲波偏振態(tài)發(fā)生微小變化的物體。在上述實施例中，對得到的兩幅太赫茲圖像進行分析，水平偏振的太赫茲波入射得到的圖像，由于接收信號較強，可以反映與樣品作用后強度發(fā)生的變化；豎直偏振的太赫茲波入射得到的圖像可以反映樣品引起的太赫茲波偏振發(fā)生的微小變化，例如樣品的邊緣散射以及樣品各向異性等，從而提高了樣品的成像分辨率并獲得更多的樣品內(nèi)部信息，克服了現(xiàn)有技術(shù)中電光取樣探測方法不能分析太赫茲電場矢量的旋轉(zhuǎn)特性，導(dǎo)致獲取的圖像反映的樣品內(nèi)部信息有限的問題。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的利用偏振可控太赫茲波對物體進行成像的裝置示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的太赫茲波的偏振方向與水平方向的夾角和BBO晶體到等離子體的距離之間的關(guān)系圖；圖3為入射的太赫茲波是水平偏振和豎直偏振兩種情況下，透過各向異性泡沫材料的透過率與材料纖維取向的方位角的關(guān)系圖；圖4為樣品的光學(xué)照片和對樣品進行二維成像的太赫茲效果圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。以下通過具體對偏振方向高精度控制的描述，對本發(fā)明的利用偏振可控太赫茲波對物體進行成像的方法作進一步的說明。圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的利用偏振可控太赫茲波對物體進行成像的裝置示意圖。圖1中各器件如下1、透鏡；2、BB0晶體；3、高精密線性平移臺；4、聚四氟乙烯板； 5、拋面鏡；6、被測樣品；7、導(dǎo)電玻璃(ITO) ；8,ZnTe晶體；9、反射鏡；10、四分之一波片；11、沃拉斯頓棱鏡；12、差分探頭。在本發(fā)明的實施例中，采用雙頻激光激發(fā)空氣誘導(dǎo)等離子體產(chǎn)生太赫茲波，在本實施例中，雙頻激光激發(fā)空氣等離子體產(chǎn)生太赫茲的技術(shù)使用的激光光源是美國光譜物理公司生產(chǎn)的飛秒激光放大器，其激光脈沖平均輸出功率為3. 5W，重復(fù)頻率ΙΚΗζ，中心波長800nm，脈寬50fs。激光光源還可以選用產(chǎn)生其他波長激光的激光器。飛秒激光脈沖經(jīng)過分束片分為兩束光，一束光具有入射激光的絕大部分能量，通過BBO晶體進行倍頻后，基頻波光和倍頻光聚焦后相混頻，激發(fā)太赫茲波；另一束低功率激光作為探測光束與太赫茲波共線通過探測晶體。在探測晶體內(nèi)，太赫茲電場改變晶體的折射率橢球，從而使出射探測光束的偏振態(tài)發(fā)生改變。探測光束經(jīng)過四分之一波片后被渥拉斯頓棱鏡分成水平偏振和豎直偏振兩束，由差分探頭進行探測?；陔p頻激光激發(fā)空氣產(chǎn)生等離子體產(chǎn)生太赫茲波的機制中，當(dāng)基頻光是線偏振光時，激發(fā)的太赫茲波也是線偏振。隨著基頻光和倍頻光的相對相位的變化，太赫茲波的偏振方向會連續(xù)變化2 π。基頻光和倍頻光的相對相位隨著BBO晶體到焦點的距離不同而發(fā)生變化，并且基頻光和倍頻光的相對相位的變化正比于BBO晶體的位置的變化。當(dāng)BBO晶體的位置連續(xù)發(fā)生變化時，太赫茲波的偏振方向也會連續(xù)發(fā)生變化，我們可以利用這種方法來高精度的控制輻射的太赫茲波的偏振方向。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的利用偏振可控的太赫茲波對樣品進行成像的方法，包括以下步驟S102，在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振時，將偏振方向調(diào)整為水平方向，測量與被測樣品相互作用后的太赫茲波的水平分量；S104，對水平分量的太赫茲脈沖進行分析，得到水平偏振太赫茲波入射的物體圖像；S106，在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振時，將偏振方向為豎直方向，測量與被測樣品相互作用后的太赫茲波的水平分量；S108，對豎直分量的太赫茲脈沖進行分析，得到豎直偏振太赫茲波入射的物體圖像。在本實施例中，可以采用電光取樣探測技術(shù)對太赫茲波在某一方向上的分量進行測量，這是由于電光取樣探測技術(shù)只能測量太赫茲波在某一方向上的分量，如果電光晶體的晶軸設(shè)置在測量太赫茲波水平分量的方向上，則當(dāng)入射太赫茲波是豎直偏振時，由樣品引起的太赫茲波偏振向水平方向發(fā)生的微小偏轉(zhuǎn)可以精確測量到。同樣，如果電光晶體的晶軸設(shè)置在測量太赫茲波豎直分量的方向上，則當(dāng)入射太赫茲波是水平偏振時，由樣品引起的太赫茲波偏振向豎直方向發(fā)生的微小偏轉(zhuǎn)可以精確測量到。在本實施例中，對得到的兩幅太赫茲圖像進行分析，水平偏振的太赫茲波入射得到的圖像，由于接收信號較強，可以反映與樣品作用后強度發(fā)生的變化；豎直偏振的太赫茲波入射得到的圖像可以反映樣品引起的太赫茲波偏振發(fā)生的微小變化，例如樣品的邊緣散射以及樣品各向異性等，從而提高了樣品的成像分辨率并獲得更多的樣品內(nèi)部信息，克服了現(xiàn)有技術(shù)中電光取樣探測方法不能分析太赫茲電場矢量的旋轉(zhuǎn)特性，導(dǎo)致獲取的圖像反映的樣品內(nèi)部信息有限的問題。在本發(fā)明的實施例中，利用不同偏振方向的太赫茲波對物體進行二維成像，水平偏振和豎直偏振只是較佳的選擇，這是因為其它偏振方向也可以分解到這兩個方向上。
例如，可以通過調(diào)整BBO晶體到等離子體的位置來控制太赫茲波的偏振方向。沿光束傳播方向掃描BBO晶體的位置，找到電光取樣探測得到的太赫茲波強度最大和最小時的BBO晶體位置，分別對應(yīng)所產(chǎn)生的太赫茲波的偏振方向為水平方向和豎直方向。圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的太赫茲波的偏振方向與水平方向的夾角和BBO晶體到等離子體的距離之間的關(guān)系圖。圖中顯示了改變BBO晶體到等離子體的距離時，太赫茲波的偏振方向相對于水平方向的角度隨之發(fā)生的變化。在圖1所示的實驗裝置中連續(xù)改變BBO晶體到等離子體的距離d，分別測量出不同距離d下太赫茲波的偏振角度，即可得到圖2中所示曲線。其中測量太赫茲波的偏振角度的方法為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。從圖2中可以得出，當(dāng)BBO晶體到等離子體的距離為48mm時，太赫茲波的偏振角度為90° (偏振方向為豎直方向)；當(dāng)BBO晶體到等離子體的距離為60mm時，太赫茲波的偏振角度為0° (偏振方向為水平方向)。相應(yīng)地，在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振時，將偏振方向調(diào)整為水平方向步驟包括 移動BBO晶體以改變BBO晶體到等離子體的距離，將太赫茲波的偏振方向控制為水平方向， 其中，水平方向?qū)?yīng)的位置為沿光束傳播方向掃描BBO晶體的位置時電光取樣探測得到的太赫茲波強度最大的BBO晶體的位置。相應(yīng)地，在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振時，將偏振方向調(diào)整為豎直方向步驟包括 移動BBO晶體以改變BBO晶體到等離子體的距離，將太赫茲波的偏振方向控制為豎直方向， 其中，豎直方向?qū)?yīng)的位置為沿光束傳播方向掃描BBO晶體的位置時電光取樣探測得到的太赫茲波強度最小的BBO晶體的位置。例如，為精確控制輻射的太赫茲波的偏振方向，在基于雙頻激光激發(fā)空氣等離子體產(chǎn)生太赫茲波的機制中，可以將BBO晶體固定在一維精密電動平移臺上，通過平移臺的移動來精確控制BBO晶體到等離子體的距離。又例如，也可以通過在BBO晶體和等離子體之間插入一對楔形的石英晶體，通過調(diào)整其插入光束中的位置來精確控制太赫茲波的偏振方向。相應(yīng)地，在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振，將偏振方向調(diào)整為水平方向步驟包括通過在BBO晶體和等離子體之間加入一對楔形的石英晶體，調(diào)整其插入光束中的位置將太赫茲波的偏振方向控制為水平方向。相應(yīng)地，將太赫茲波的偏振態(tài)控制為線偏振，將偏振方向調(diào)整為豎直方向步驟包括通過在BBO晶體和等離子體之間加入一對楔形的石英晶體，調(diào)整其插入光束中的位置將太赫茲波的偏振方向控制為豎直方向。在本發(fā)明的實施例中，被測樣品為與太赫茲波相互作用后引起太赫茲波偏振態(tài)發(fā)生微小變化的物體。圖3為入射的太赫茲波是水平偏振和豎直偏振兩種情況下，透過各向異性泡沫材料的透過率與材料纖維取向的方位角的關(guān)系圖。透過率和方位角的測算為本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)，在本發(fā)明中不再贅述。圖4為樣品的光學(xué)照片和對樣品進行二維成像的太赫茲效果圖。其中，左圖為樣品的光學(xué)照片，樣品是由兩塊厚度均勻但纖維取向不同的航天泡沫粘接而成，陰影部分 (成像區(qū)域)標明了太赫茲波掃描的區(qū)域。右圖為對左圖樣品進行偏振可控成像的太赫茲圖像，上部為入射太赫茲波為水平偏振的太赫茲圖像，下部為入射太赫茲波為豎直偏振的太赫茲圖像。通過對兩幅太赫茲圖像進行分析，可以獲得更多的關(guān)于航天泡沫1和航天泡沫2粘結(jié)的信息。本發(fā)明的上述成像方法適用于采用電光取樣探測方法的差分二極管接收系統(tǒng)和焦平面實時成像系統(tǒng)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解附圖只是一個實施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實施本發(fā)明所必須的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實施例中的裝置中的模塊可以按照實施例描述分布于實施例的裝置中，也可以進行相應(yīng)變化位于不同于本實施例的一個或多個裝置中。上述實施例的模塊可以合并為一個模塊，也可以進一步拆分成多個子模塊。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括R0M、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換； 而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用偏振可控的太赫茲波對樣品進行成像的方法，其特征在于，包括以下步驟在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振時，將偏振方向調(diào)整為水平方向，測量與被測樣品相互作用后的太赫茲波的水平分量；對所述水平分量的太赫茲脈沖進行分析，得到水平偏振太赫茲波入射的物體圖像；在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振時，將偏振方向為豎直方向，測量與被測樣品相互作用后的太赫茲波的水平分量；對所述水平分量的太赫茲脈沖進行分析，得到豎直偏振太赫茲波入射的物體圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振，將偏振方向調(diào)整為水平方向步驟包括移動BBO晶體以改變BBO晶體到等離子體的距離，將太赫茲波的偏振方向控制為水平方向，其中，所述水平方向?qū)?yīng)的位置為沿光束傳播方向掃描BBO晶體的位置時電光取樣探測得到的太赫茲波強度最大的BBO晶體的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振時，將偏振方向調(diào)整為豎直方向步驟包括移動BBO晶體以改變BBO晶體到等離子體的距離，將太赫茲波的偏振方向控制為豎直方向，其中，所述豎直方向?qū)?yīng)的位置為沿光束傳播方向掃描BBO晶體的位置時電光取樣探測得到的太赫茲波強度最小的BBO晶體的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，通過精密平移臺控制移動BBO晶體的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振，將偏振方向調(diào)整為水平方向步驟包括通過在BBO晶體和等離子體之間加入一對楔形的石英晶體，調(diào)整其插入光束中的位置將太赫茲波的偏振方向控制為水平方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將太赫茲波的偏振態(tài)控制為線偏振，將偏振方向調(diào)整為豎直方向步驟包括通過在BBO晶體和等離子體之間加入一對楔形的石英晶體，調(diào)整其插入光束中的位置將太赫茲波的偏振方向控制為豎直方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述被測樣品為與太赫茲波相互作用后引起太赫茲波偏振態(tài)發(fā)生微小變化的物體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用偏振可控的太赫茲波對樣品進行成像的方法，其包括以下步驟在太赫茲波的偏振態(tài)為線偏振時，將偏振方向調(diào)整為水平方向，測量與被測樣品相互作用后的水平太赫茲波的圖像；將偏振方向調(diào)整為豎直方向，測量與被測樣品相互作用后的豎直太赫茲波圖像。對兩幅太赫茲圖像進行分析，水平偏振的太赫茲波入射得到的圖像由于接收信號較強，可以反映與樣品作用后強度發(fā)生的變化；豎直偏振的太赫茲波入射得到的圖像可以反映樣品引起的太赫茲波偏振發(fā)生的微小變化。
文檔編號G01N21/21GK102192884SQ20111006051
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者張亮亮, 張存林, 鄧朝, 鐘華 申請人:首都師范大學(xué)