太赫茲多光譜成像技術(shù)的初步研究.pdf

1、太赫茲(THz)輻射能為科學(xué)研究和技術(shù)應(yīng)用帶來新機(jī)遇,太赫茲輻射本身所具有的巨大研究價(jià)值,使得太赫茲輻射的研究越來越受到各方面的重視。十幾年來超快激光技術(shù)的迅速發(fā)展,為太赫茲脈沖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源,使太赫茲輻射的機(jī)理研究、檢測技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)研究得到了蓬勃發(fā)展。物質(zhì)的太赫茲光譜(包括發(fā)射光譜、反射光譜和透射光譜)含有豐富的物理和化學(xué)信息,研究材料在這一波段的光譜對(duì)于探索其物質(zhì)結(jié)構(gòu)具有重大意義。太赫茲輻射在很多方面可以成為紅外

2、光譜和X射線的互補(bǔ)技術(shù),這使得它以后能涉足更多更重要的應(yīng)用領(lǐng)域。 THz波的橫模分布在THz波傳播的研究中非常重要,特別是在測量物質(zhì)的THz譜和對(duì)THz成像位置附近的橫向分布情況的研究方面,具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。太赫茲光束焦點(diǎn)位置十分特殊,它的相對(duì)能量密度大,可分辨率高,信噪比高,不但是進(jìn)行光譜實(shí)驗(yàn)時(shí)樣品放置的位置,而且是進(jìn)行太赫茲脈沖逐點(diǎn)掃描成像時(shí)成像物體放置的位置。因此,對(duì)這個(gè)位置處太赫茲波傳播特性的研究很有意義

3、。 由于THz輻射無法用肉眼直接觀察到,并且目前還沒有只對(duì)THz波段感光的膠片,所以無法直接得到THz波橫模分布的具體圖像。本論文研究了太赫茲光譜系統(tǒng)中位于兩離軸拋物面鏡中間焦點(diǎn)附近的太赫茲光束傳播的波譜特性,并對(duì)該位置處的樣品進(jìn)行了成像研究,具體工作及相關(guān)結(jié)論如下： (1)把寬度接近于太赫茲脈沖中心波長的狹縫作為研究對(duì)象,對(duì)太赫茲脈沖光束焦點(diǎn)位置處的橫向分布進(jìn)行研究。分析表明,不同頻率的太赫茲光束大小是不同的,隨著頻率

4、的增加,太赫茲光束寬度減?。煌活l率下,縫寬越窄,太赫茲光束寬度越大,即表現(xiàn)出明顯的衍射效應(yīng)。 (2)把寬度接近于太赫茲脈沖中心波長的狹縫作為研究對(duì)象,對(duì)太赫茲光束焦點(diǎn)位置處的頻率成分空間分布進(jìn)行研究。依據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,我們發(fā)現(xiàn),在太赫茲光束焦點(diǎn)的橫截面上,隨著距太赫茲光束中心位置的距離增加,低頻分量相對(duì)于高頻分量的比例變大,太赫茲頻譜的峰值向長波方向移動(dòng),即出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。 (3)把方孔作為太赫茲脈沖掃描成像的研究對(duì)

5、象,在太赫茲脈沖掃描成像系統(tǒng)中,對(duì)方孔逐點(diǎn)掃描成像,我們掃描了盡量多的點(diǎn)以增加圖像的信息量；增加每個(gè)掃描點(diǎn)的掃描長度,保證了對(duì)應(yīng)不同頻率點(diǎn)圖像的平滑度。利用太赫茲脈沖的寬帶特性,使用太赫茲多光譜成像技術(shù),得出了每個(gè)頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方孔圖像,并且動(dòng)態(tài)的顯示出來,從而,可以形象地觀察到不同頻率的單色光對(duì)方孔衍射影響的變化規(guī)律。同時(shí),確定一個(gè)大小和實(shí)際方孔尺寸一樣的圖像,記下該圖像的頻率,以后我們就可以用這個(gè)頻率的圖像來確定未知方孔的大小了。

6、 (4)把含有不同樣品的卡片作為研究對(duì)象,在太赫茲脈沖掃描成像系統(tǒng)中,對(duì)指定的區(qū)域進(jìn)行逐點(diǎn)掃描成像,利用太赫茲多光譜成像技術(shù),使用太赫茲多光譜樣品識(shí)別方法,提取不同頻率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的圖像。圖像中顏色的深度不同,反映出不同樣品在該頻率處的吸收不同,隨著頻率增加,樣品圖像不斷改變,根據(jù)建立的樣品指紋譜數(shù)據(jù)庫,比較不同的圖像信息,就可以方便地識(shí)別出樣品來。 通過對(duì)太赫茲光束波譜特性和多光譜成像的研究,我們得到了太赫茲光束橫向分布以及頻