CN102243167A - 一种太赫兹波成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太赫兹波成像技术领域，提供了一种太赫兹波成像装置，包括放置待检测物品的样品台；太赫兹波辐射源；将太赫兹光聚焦到焦点的透镜；将太赫兹光转换成平行太赫兹光的第一离轴抛物面镜；对平行太赫兹光进行反射的反射镜；将反射后的平行太赫兹光聚焦到待检测物品的第二离轴抛物面镜；对太赫兹光进行斩波调制处理的斩波器；感应太赫兹光的各探测点的能量变化，并产生相应的各探测点的电信号的探测器；将各探测点的电信号进行放大处理以及模/数转换处理，得到多个结果值的信号处理单元；利用扫描成像软件对待检测物品进行成像并显示的显示端，可以实现远距离检测，特别适用于应用太赫兹波成像装置对可疑物品进行安全检查的场合。
Description
技术领域
本发明属于太赫兹波成像技术领域，尤其涉及一种太赫兹波成像装置。
背景技术
太赫兹波(THz波)是指频率在0.1THz到10THz(波长30um-3mm)范围内的电磁波，该波段介于微波和红外光之间，处于电子学与光子学的交叉区域的波段。与传统光源相比，太赫兹波具有很多独特的性质，如太赫兹波的光子能量较低，穿透非极性物质及介电材料时的损耗小，很多大分子在太赫兹波段有“指纹谱”，故可以应用于安全检查及质量监控技术领域。
然而现有技术提供的太赫兹波成像装置在实现对待检测物品的成像过程中，并未考虑待检测物品与检测人员之间的距离要求，适用范围窄，例如，在应用太赫兹波成像装置对可疑物品进行安全检查时，往往需要检测人员进行远距离(即安全距离)检测，而现有技术提供的太赫兹波成像装置不能实现对可疑物品的远距离检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太赫兹波成像装置，旨在解决现有技术提供的太赫兹波成像装置未考虑待检测物品与检测人员之间的距离要求，不能实现远距离检测，适用范围窄的问题。
本发明是这样实现的，一种太赫兹波成像装置，所述装置包括放置待检测物品的样品台、用于发出太赫兹光的太赫兹波辐射源，所述装置还包括：
透镜，用于将经所述透镜一侧入射的所述太赫兹光聚焦到所述透镜另一侧的焦点；
第一离轴抛物面镜，用于将所述透镜聚焦后的所述太赫兹光转换成平行太赫兹光；
反射镜，用于对所述第一离轴抛物面镜转换后的平行太赫兹光进行反射；
第二离轴抛物面镜，用于将所述反射镜反射后的平行太赫兹光聚焦到所述样品台上的所述待检测物品；
置于所述太赫兹光经所述待检测物品的出射光路上的斩波器，用于对经所述待检测物品出射、携带有所述待检测物品信息的太赫兹光进行斩波调制处理；
探测器，用于感应经所述斩波器斩波调制处理后的太赫兹光的各探测点的能量变化，并根据所述各探测点的能量变化产生相应的多个电信号；
信号处理单元，用于将所述探测器产生的所述多个电信号进行放大处理以及模/数转换处理，得到多个结果值；
显示端，用于根据所述多个结果值，利用扫描成像软件对所述待检测物品进行成像并显示。
由于本发明提供的太赫兹波成像装置利用了第一离轴抛物面镜和第二离轴抛物面镜进行平行光与聚焦光的转换，并在第一离轴抛物面镜和第二离轴抛物面镜之间设置了反射镜，增加了太赫兹波辐射源与待检测物品之间的距离，可以实现远距离检测，特别适用于应用太赫兹波成像装置对可疑物品进行安全检查的场合。
附图说明
图1是本发明实施例提供的太赫兹波成像装置的结构原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的太赫兹波成像装置利用了第一离轴抛物面镜和第二离轴抛物面镜进行平行光与聚焦光的转换，并在第一离轴抛物面镜和第二离轴抛物面镜之间设置反射镜。
图1示出了本发明实施例提供的太赫兹波成像装置的结构原理，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本发明实施例提供的太赫兹波成像装置包括：放置待检测物品的样品台7；太赫兹波辐射源1，用于发出太赫兹光；透镜2，用于将经透镜2一侧入射的太赫兹波辐射源1发出的太赫兹光聚焦到透镜2另一侧的焦点；第一离轴抛物面镜3，用于将透镜2聚焦后的太赫兹光转换成平行太赫兹光；第一反射镜4以及第二反射镜5，第一反射镜4用于将第一离轴抛物面镜3转换后的平行太赫兹光反射至第二反射镜5，第二反射镜5用于将第一反射镜4反射后的平行太赫兹光进行反射；第二离轴抛物面镜6，用于将第二反射镜5反射后的平行太赫兹光聚焦到样品台7上的待检测物品；置于太赫兹光经待检测物品的出射光路上的斩波器8，用于对经待检测物品出射、携带有待检测物品信息的太赫兹光进行斩波调制处理；探测器9，用于感应经斩波器8斩波调制处理后的太赫兹光的各探测点的能量变化，并根据该各探测点的能量变化产生相应的多个电信号，该各探测点的能量变化可以体现为各探测点的温度变化；信号处理单元10，用于将探测器9产生的多个电信号进行放大处理以及模/数转换处理，得到多个结果值；显示端11，用于根据信号处理单元10得到的多个结果值，利用扫描成像软件对待检测物品进行成像并显示。
由于本发明实施例提供的太赫兹波成像装置利用了第一离轴抛物面镜3和第二离轴抛物面镜6进行平行光与聚焦光的转换，并在第一离轴抛物面镜3和第二离轴抛物面镜6之间设置了第一反射镜4和第二反射镜5，增加了太赫兹波辐射源1与待检测物品之间的距离，可以实现远距离检测，特别适用于应用太赫兹波成像装置对可疑物品进行安全检查的场合。由于第一反射镜4和第二反射镜5的目的是为了延长平行太赫兹光的传输距离，本领域的技术人员应当了解，两个或两个以上的反射镜均可以实现同样的功能，且对于特定场合，应用一个反射镜也可以实现相对于现有技术更长的传输距离，因此，本发明实施例中的反射镜不限于第一反射镜4和第二反射镜5，一个反射镜以上均可。
其中，为了限制具有较长波长的太赫兹光在传播过程中的发散，本发明实施例提供的太赫兹波成像装置还包括一内壁光滑的金属管(图中未示出)，第一离轴抛物面镜3和第二离轴抛物面镜6之间的太赫兹光路在该内壁光滑的金属管内传输。优选地，该内壁光滑的金属管为一铝合金管，该铝合金管的内直径大于其内传输的太赫兹光的脉冲宽度，本发明实施例中，该铝合金管的内直径为10.8cm且该铝合金管的内部为干燥空气，以进一步降低该太赫兹光的传输损耗。
其中，太赫兹波辐射源1为连续太赫兹光源，具体的可以是量子级联激光器、反波管振荡器、耿氏二极管或光泵太赫兹激光器。由于量子级联激光器输出频率较高，且需要低温运行，而返波管振荡器和耿氏二极管的输出频率较低(小于1.5THz)，对成像的分辨率有一定的影响，因此本发明实施例中，太赫兹波辐射源1优选为光泵太赫兹激光器，该光泵太赫兹激光器的输出光在0.3THz-7THz范围内可调，可以在室温下工作，且输出功率较高(平均功率50mW)。更具体地，太赫兹波辐射源1可以是美国Coherent公司的Sifir-50光泵太赫兹激光器，通过调节泵浦光波长，可实现该光泵太赫兹激光器的太赫兹光输出波长在40μm到300μm范围内可调，输出平均功率在几十毫瓦量级。
其中，探测器9可以是辐射热计、戈莱盒或热释电探测器。由于辐射热计的高灵敏度是建立在对工作温度要求的基础上(液氦冷却环境)，而戈莱盒虽然可以在常温下工作，但其对振动敏感，需要进行防震封装，因此，本发明实施例中，探测器9优选为结构简单、易于操作、且可以工作于常温下的热释电探测器。
其中，透镜2优选为美国Microtech公司的Picarin透镜，其焦距是10cm，对可见光和太赫兹光的波段都几乎透明；此时，第一离轴抛物面镜3的焦距为5cm，第二离轴抛物面镜6的焦距为10cm；第一反射镜4和/或第二反射镜5优选为镀金平面反射镜，当然也可以为镀银或镀有其它材料的平面反射镜。
其中，斩波器8优选为美国斯坦福研究中心的SR540型光学斩波器，当选择5/6孔刀片进行斩波时，该斩波器的斩波频率范围为4Hz到400Hz，当选择25/30孔刀片时，该斩波器的斩波频率范围为400Hz到3.7kHz。
为了实现对样品台7上摆放的待检测物品的校准，可以对样品台7进行可移动控制，也可以保持样品台7不动，而联动控制第一反射镜4、第二反射镜5、第二离轴抛物面镜6和斩波器8。当对样品台7进行可移动控制时，显示端11集成于一控制装置中，本发明实施例提供的太赫兹波成像装置还包括步进电机单元12，步进电机单元12具体包括：步进电机(图中未示出)；以及步进电机控制器(图中未示出)，用于根据该控制装置的控制指令，控制步进电机的运行，进而控制样品台7的移动。当联动控制第一反射镜4、第二反射镜5、第二离轴抛物面镜6和斩波器8时，步进电机控制器不与样品台7连接，而与第二离轴抛物面镜6和斩波器8连接，以对第二离轴抛物面镜6和斩波器8进行移动控制，且保持第二离轴抛物面镜6和斩波器8的相对位置固定。
由于本发明实施例提供的太赫兹波成像装置利用了第一离轴抛物面镜3和第二离轴抛物面镜6进行平行光与聚焦光的转换，并在第一离轴抛物面镜3和第二离轴抛物面镜6之间设置了反射镜，增加了太赫兹波辐射源1与待检测物品之间的距离，可以实现远距离检测，特别适用于应用太赫兹波成像装置对可疑物品进行安全检查的场合；另外，该太赫兹波成像装置还可以包括一步进电机单元，并将显示端集成于一控制装置中，通过控制装置对步进电机单元的控制，进而实现了对样品台的移动控制。
以上所述仪为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种太赫兹波成像装置，所述装置包括放置待检测物品的样品台、用于发出太赫兹光的太赫兹波辐射源，其特征在于，所述装置还包括：
透镜，用于将经所述透镜一侧入射的所述太赫兹光聚焦到所述透镜另一侧的焦点；
第一离轴抛物面镜，用于将所述透镜聚焦后的所述太赫兹光转换成平行太赫兹光；
反射镜，用于对所述第一离轴抛物面镜转换后的平行太赫兹光进行反射；
第二离轴抛物面镜，用于将所述反射镜反射后的平行太赫兹光聚焦到所述样品台上的所述待检测物品；
置于所述太赫兹光路经所述待检测物品的出射光路上的斩波器，用于对所述待检测物品出射、携带有所述待检测物品信息的太赫兹光进行斩波调制处理；
探测器，用于感应经所述斩波器斩波调制处理后的太赫兹光的各探测点的能量变化，并根据所述各探测点的能量变化产生相应的多个电信号；
信号处理单元，用于将所述探测器产生的所述各探测点的电信号进行放大处理以及模/数转换处理，得到多个结果值；
显示端，用于根据所述多个结果值，利用扫描成像软件对所述待检测物品进行成像并显示。
2.如权利要求1所述的太赫兹波成像装置，其特征在于，所述反射镜包括第一反射镜以及第二反射镜；所述第一反射镜用于将所述第一离轴抛物面镜转换后的平行太赫兹光反射至所述第二反射镜，所述第二反射镜用于将所述第一反射镜反射后的平行太赫兹光进行反射。
3.如权利要求1所述的太赫兹波成像装置，其特征在于，所述第一离轴抛物面镜和所述第二离轴抛物面镜之间的所述太赫兹光路在一内壁光滑的金属管内传输。
4.如权利要求1所述的太赫兹波成像装置，其特征在于，所述显示端集成于一控制装置中，所述装置还包括一步进电机单元，所述步进电机单元包括：
步进电机；以及
步进电机控制器，用于根据所述控制装置的控制指令，控制所述步进电机的运行，进而控制所述样品台的移动。
5.如权利要求1至4任一项所述的太赫兹波成像装置，其特征在于，所述透镜的焦距是10cm；所述第一离轴抛物面镜的焦距是5cm；所述第二离轴抛物面镜的焦距是10cm。
6.如权利要求5所述的太赫兹波成像装置，其特征在于，所述太赫兹波辐射源为光泵太赫兹激光器。
7.如权利要求6所述的太赫兹波成像装置，其特征在于，所述探测器是热释电探测器。
8.如权利要求5所述的太赫兹波成像装置，其特征在于，所述探测器是热释电探测器。
9.如权利要求1至4任一项所述的太赫兹波成像装置，其特征在于，所述太赫兹波辐射源为光泵太赫兹激光器。
10.如权利要求1至4任一项所述的太赫兹波成像装置，其特征在于，所述探测器是热释电探测器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20111116 |