CN110865032A - 太赫兹成像系统 - Google Patents

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杜良辉
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Abstract

本申请涉及物理光学技术领域，具体而言，涉及一种太赫兹成像系统。太赫兹成像系统包括第一信号发生装置、第二信号发生装置和成像装置。第一信号发生装置用于产生编码激光，并投射至第二信号发生装置。第二信号发生装置用于在编码激光的激发作用下，产生具有空间编码强度分布的初始太赫兹波，并投射至目标样品，以获得目标太赫兹波，并投射至成像装置，目标太赫兹波携带有目标样品在太赫兹波频段的空间信息。成像装置用于根据目标太赫兹波，获得目标样品的样品图像。本申请实施例提供的太赫兹成像系统能够同时保证样品图像具有较高超衍射分辨率和信噪比。

Description

太赫兹成像系统
技术领域
本申请涉及物理光学技术领域，具体而言，涉及一种太赫兹成像系统。
背景技术
太赫兹波是指频率在0.1THz～10THz范围内，波长在0.03mm～3mm范围内的电磁波，由于其光子具有低能性、指纹谱性、高透性等诸多优越特性，因此，在物理、化学、生物等领域都具有巨大的应用价值。但是，传统成像技术的空间分辨率受限于衍射极限，通常难以突破毫米量级，因此，也大大限制了太赫兹波在微观世界的成像应用，而通常，要实现对目标样品的超分辨成像，需要在近场对目标样品的倏逝波进行感知。
以现有技术中，非扫描式超分辨太赫兹显微仪为例，该显微仪利用太赫兹空间调制器，按照预设的掩膜版部分地调制太赫兹光斑，从而实现对均匀的太赫兹光束的空间编码。但是，太赫兹空间调制器仅有光电导体材料，或相变薄膜材料，前者通常是体材料，无法保证足够近的感知距离，其空间分辨能力被约束到0.01mm以上，因此，会大大降低图像的超衍射分辨率，后者是纳米薄膜材料，虽然保证了足够近的感知距离，但是，其太赫兹调制深度不足50％，会大大降低图像的信噪比。
发明内容
本申请实施例的目的在于，提供一种太赫兹成像系统，以解决现有技术中，非扫描式超分辨太赫兹显微仪无法同时保证样品图像具有较高超衍射分辨率和信噪比的技术问题。
本申请实施例提供的太赫兹成像系统，包括第一信号发生装置、第二信号发生装置和成像装置；
第一信号发生装置用于产生编码激光，并投射至第二信号发生装置；
第二信号发生装置用于在编码激光的激发作用下，产生具有空间编码强度分布的初始太赫兹波，并投射至目标样品，以获得目标太赫兹波，并投射至成像装置，目标太赫兹波携带有目标样品在太赫兹波频段的空间信息；
成像装置用于根据目标太赫兹波，获得目标样品的样品图像。
本申请实施例中，太赫兹成像系统包括第一信号发生装置、第二信号发生装置和成像装置。第一信号发生装置产生编码激光，并投射至第二信号发生装置，第二信号发生装置则在编码激光的激发作用下，产生具有空间编码强度分布的初始太赫兹波，并投射至目标样品，以获得目标太赫兹波，并投射至成像装置，而目标太赫兹波携带有目标样品在太赫兹波频段的空间信息，如此，成像装置便能够根据目标太赫兹波，获得目标样品的样品图像，并且能够同时保证样品图像具有较高超衍射分辨率和信噪比。
结合上述太赫兹成像系统，本申请实施例还提供了太赫兹成像系统的第一种可选的实施方式，第一信号发生装置包括激光发生器和空间光调制器；
激光发生器用于产生原始激光，并投射至空间光调制器；
空间光调制器用于对原始激光进行空间编码，获得编码激光。
本申请实施例中，第一信号发生装置包括激光发生器和空间光调制器。激光发生器产生原始激光，并投射至空间光调制器之后，空间光调制器对原始激光进行空间编码，从而获得编码激光，因此，基于第一信号发生装置简单的结构组成，编码激光产生过程简单、受控程度高。
结合上述太赫兹成像系统或上述太赫兹成像系统的第一种可选的实施方式，本申请实施例还提供了太赫兹成像系统的第二种可选的实施方式，第一信号发生装置还包括第一聚焦器；
第一聚焦器用于按第一预设倍率对编码激光进行聚焦，并将聚焦之后的编码激光投射至第二信号发生装置。
本申请实施例中，第一信号发生装置还包括第一聚焦器，第一聚焦器用于按第一预设倍率对编码激光进行聚焦，并将聚焦之后的编码激光投射至第二信号发生装置。由于第一预设倍率可以按照实际需求设定，也即，第一聚焦器可以根据实际需求选择，因此，增强了太赫兹成像系统的受控程度和应用范围。
结合上述太赫兹成像系统，本申请实施例还提供了太赫兹成像系统的第三种可选的实施方式，第二信号发生装置包括太赫兹波发生器和磁场发生器；
太赫兹波发生器用于在编码激光的激发作用下形成与编码激光具有相同空间分布的自旋电流；
磁场发生器用于在太赫兹波发生器的设置位置产生静磁场，以使自旋电流在静磁场的激发作用下转化为传导电流，从而产生具有空间编码强度分布的初始太赫兹波，并投射至目标样品，以获得目标太赫兹波，并投射至成像装置。
本申请实施例中，第二信号发生装置包括太赫兹波发生器和磁场发生器。太赫兹波发生器用于在编码激光的激发作用下形成与编码激光具有相同空间分布的自旋电流。磁场发生器则用于在太赫兹波发生器的设置位置产生静磁场，以使自旋电流在静磁场的激发作用下转化为传导电流，从而产生具有空间编码强度分布的初始太赫兹波，并投射至目标样品，以获得目标太赫兹波，并投射至成像装置，因此，基于第二信号发生装置简单的结构组成，目标太赫兹波的产生过程简单，且受控程度高。
结合上述太赫兹成像系统的第三种可选的实施方式，本申请实施例还提供了太赫兹成像系统的第四种可选的实施方式，第二信号发生装置还包括方位调整装置；
方位调整装置用于设置磁场发生器，以使磁场发生器能够在方位调整装置的作用下改变方位朝向，以改变静磁场的磁场方向，从而改变初始太赫兹波的偏振状态。
本申请实施例中，第二信号发生装置还包括方位调整装置。方位调整装置用于设置磁场发生器，以使磁场发生器能够在方位调整装置的作用下改变方位朝向，以改变静磁场的磁场方向，从而改变初始太赫兹波的偏振状态，以便于进一步地提高样品图像的图像质量。
结合上述太赫兹成像系统的第四种可选的实施方式，本申请实施例还提供了太赫兹成像系统的第五种可选的实施方式方位调节装置包括旋转架；
旋转架呈环状结构，太赫兹波发生器设置于旋转架的中心位置，磁场发生器设置于旋转架上。
本申请实施例中，方位调节装置包括旋转架。旋转架呈环状结构，太赫兹波发生器设置于旋转架的中心位置，磁场发生器设置于旋转架上，因此，整个方位调节装置具有简单的结构组成，有效降低了太赫兹成像系统的设计成本。
结合上述太赫兹成像系统的第五种可选的实施方式，本申请实施例还提供了太赫兹成像系统的第六种可选的实施方式磁场发生器包括第一磁性件和第二磁性件；
第一磁性件和第二磁性件均设置于旋转架上，且第一磁性件的N极与第二磁性件的S极位置相对。
本申请实施例中，磁场发生器包括第一磁性件和第二磁性件。第一磁性件和第二磁性件均设置于旋转架上，且第一磁性件的N极与第二磁性件的S极位置相对，因此，整个磁场发生器具有简单的结构组成，有效降低了太赫兹成像系统的设计成本。
结合上述太赫兹成像系统，本申请实施例还提供了太赫兹成像系统的第七种可选的实施方式，成像装置包括太赫兹探测器和处理器；
太赫兹探测器用于对目标太赫兹波进行探测，以获得目标太赫兹的强度信息，并发送至处理器；
处理器用于根据强度信息，获得目标样品的样品图像。
本申请实施例中，成像装置包括太赫兹探测器和处理器。太赫兹探测器用于对目标太赫兹波进行探测，以获得目标太赫兹的强度信息，并发送至处理器。处理器则用于根据强度信息，获得目标样品的样品图像，基于成像装置简单的结构组成，样品图像的获得过程简单，且受控程度高。
结合上述太赫兹成像系统的第七种可选的实施方式，本申请实施例还提供了太赫兹成像系统的第八种可选的实施方式，第二信号发生装置还包括第二聚焦器；
第二聚焦器用于按第二预设倍率对目标太赫兹波进行聚焦，并将聚焦之后的目标太赫兹波投射至太赫兹探测器。
本申请实施例中，第二信号发生装置还包括第二聚焦器。第二聚焦器用于按第二预设倍率对目标太赫兹波进行聚焦，并将聚焦之后的目标太赫兹波投射至太赫兹探测器，从而更进一步地提高样品图像的信噪比。又由于第二预设倍率可以按照实际需求设定，也即，第二聚焦器可以根据实际需求选择，以进一步增强太赫兹成像系统的受控程度和应用范围。
结合上述太赫兹成像系统，本申请实施例还提供了太赫兹成像系统的第九种可选的实施方式，太赫兹成像系统还包括显示装置；
显示装置用于与成像装置连接，以获取样品图像并显示。
本申请实施例中，太赫兹成像系统还包括显示装置，显示装置用于与成像装置连接，以获取样品图像并显示，以便于操作人员对获取的样品图像进行观察。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种太赫兹成像系统的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的太赫兹成像系统的另一种结构示意图。
图3为本申请实施例提供的一种第二信号发生装置的工作原理辅助说明图。
图4为本申请实施例提供的目标样品的样品图像的单像素成像过程示意图。
图5为本申请实施例提供的一种成像装置的工作原理辅助说明图。
图6为本申请实施例提供的太赫兹成像系统的另一种结构示意图。
图标：10-太赫兹成像系统；100-第一信号发生装置；110-激光发生器；120-空间光调制器；130-第一聚焦器；200-第二信号发生装置；210-太赫兹波发生器；220-磁场发生器；221-第一磁性件；222-第二磁性件；230-方位调整装置；231-旋转架；240-第二聚焦器；300-成像装置；310-太赫兹探测器；320-处理器；400-显示装置；20-目标样品。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
请参阅图1，本申请实施例提供了一种太赫兹成像系统10，包括第一信号发生装置100、第二信号发生装置200和成像装置300。
第一信号发生装置100用于产生编码激光，并投射至第二信号发生装置200。第二信号发生装置200用于在编码激光的激发作用下，产生具有空间编码强度分布的初始太赫兹波，并投射至目标样品，以获得目标太赫兹波，再投射至成像装置300，目标太赫兹波携带有目标样品在太赫兹波频段的空间信息。成像装置300用于根据目标太赫兹波，获得目标样品的样品图像，并且能够同时保证样品图像具有较高超衍射分辨率和信噪比。
请结合图2，本申请实施例中，第一信号发生装置100可以包括激光发生器110和空间光调制器120。
激光发生器110可以是，但不限于固体激光器、气体激光器、液体激光器或半导体激光器，其用于产生原始激光，并投射至空间光调制器120。空间光调制器120则用于对原始激光进行空间编码，获得编码激光，也即，具有空间编码的光强分布。本申请实施例中，空间光调制器可以是，但不限于振幅型空间光调制器、数字微镜阵列空间光调制器、相位型液晶空间光调制器。
此外，本申请实施例中，第一信号发生装置100还可以包括第一聚焦器130。第一聚焦器130设置于空间光调制器120和第二信号发生装置200之间，用于按第一预设倍率对编码激光进行聚焦，以使聚焦之后的编码激光投射至第二信号发生装置200，从而提高编码激光所成图像的清晰度。第一聚焦器130可以包括第一凸透镜，且实际实施时，第一凸透镜的中心厚度、曲率半径等属性参数可以根据实际需求设定，也即，实际实施时，第一预设倍率可以根据实际需求设定，本申请实施例对此不作具体限制，以增强太赫兹成像系统的受控程度和应用范围。
本申请实施例中，第二信号发生装置200可以包括太赫兹波发生器210和磁场发生器220。
太赫兹波发生器210可以是自旋太赫兹波发射器，用于在编码激光的激发作用下形成与编码激光具有相同空间分布的自旋电流。磁场发生器220用于在太赫兹波发生器210的设置位置产生静磁场，以使自旋电流在静磁场的激发作用下转化为传导电流，从而产生具有空间编码强度分布的初始太赫兹波，并投射至目标样品20，以获得目标太赫兹波，再投射至成像装置300。
需要说明的是，实际实施时，目标样品20需紧贴于太赫兹波发生器210的远离第一信号发生装置100的一侧，也可以理解为，目标样品20与太赫兹波发生器210之间的距离需小于1um。
以下，将结合图3，以太赫兹波发生器210为自旋太赫兹波发射器为例，对第二信号发生装置200的工作原理进行描述。
自旋太赫兹波发射器为包括铁磁(ferromagnetic，FM)层和非磁(nonferromagnetic，NM)层的异质结，其厚度普遍为5nm～10nm。在编码激光的激发下，异质结中会形成由FM层流向NM层的自旋电流，当没有外加静磁场时，FM层中，电子自旋向上和自旋向下的概率是均等的，无法在NM层激发传导电流，而在外加静磁场作用下，FM层中，电子自旋会延静磁场的方向极化，极化的自旋电流便可以在NM层激发沿表面传播的传导电流，其关系为：
jc＝γjs×B/|B|
其中，jc为传导电流，γ为NM层的自旋霍尔角，js为自旋电流，B为静磁场的磁场强度，|B|为静磁场磁场强度的模。
由于传导电流会向外辐射线偏振电磁波，而用飞秒激光激发自旋太赫兹波发射器形成的自旋电流，在静磁场的激发作用下，辐射出的电磁波正好落在太赫兹频段，也即，本申请实施例中，当编码激光为飞秒激光时，便能够产生初始太赫兹波。此外，由上式可知，传导电流方向一定垂直于静磁场，故本申请实施例中，初始太赫兹波的偏振方向也一定垂直于静磁场的方向。
由于自旋太赫兹波发射器厚度非常薄，如上所述，普遍为5nm～10nm，因此，能够保证足够近的感知距离，也即，能够保证样品图像具有较高的超衍射分辨率，同时，又由于自旋太赫兹波发射器在外加静磁场作用下，太赫兹波发射效率非常高，例如，当编码激光强度相同时，与碲化锌ZnTe晶体、光电导天线(Photoconductive Antenna，PCA)等脉冲式太赫兹发生器具有相当的太赫兹波发射效率，因此，能够保证样品图像具有较高的信噪比。
此外，本申请实施例中，第二信号发生装置200还可以包括方位调整装置230，用于设置磁场发生器220，以使磁场发生器220能够在方位调整装置230的作用下改变方位朝向，从而改变静磁场的磁场方向，最终，改变初始太赫兹波的偏振状态。
作为一种可选地实施方式，方位调节装置230包括旋转架231。旋转架231呈环状结构，例如，可以为圆环结构，且旋转架231所在平面垂直于编码激光的光轴方向，太赫兹波发生器210则设置于旋转架231的中心位置，也即，太赫兹波发生器210的中心位置与旋转架231的中心位置重合，磁场发生器220则设置于旋转架231上。
此外，本申请实施例中，磁场发生器220可以包括第一磁性件221和第二磁性件222，第一磁性件221和第二磁性件222均设置于旋转架231上，且第一磁性件221的N极与第二磁性件222的S极位置相对。本申请实施例中，针对第一磁性件221和第二磁性件222，其可以同为永磁铁，也可以同为电磁铁，当第一磁性件221和第二磁性件222同为电磁铁时，其磁场大小可通过通电线圈的电流大小来控制，磁场方向可通过通电线圈的电流方向来控制，因此，具有可控性更强的特点。
本申请实施例中，成像装置300可以包括太赫兹探测器310和处理器320。
太赫兹探测器310用于对目标太赫兹波进行探测，以获得目标太赫兹的强度信息，并发送至处理器320。处理器320用于根据强度信息，获得目标样品20的样品图像，此外，处理器320还可以与空间光调制器120连接，用于控制空间光调制器120的工作状态。本申请实施例中，处理器320可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力，处理器320也可以是通用处理器，例如，可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、分立门或晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本申请实施例中公开的各逻辑框图，而通用处理器可以是微处理器或者任何常规处理器等。
此外，太赫兹探测器310具有小尺寸特点(探测面半径通常小于1mm)，而目标太赫兹波在自由空间中，具有较大的发散能力，基于此，本申请实施例中，第二信号发生装置200还可以包括第二聚焦器240。第二聚焦器240用于按第二预设倍率对目标太赫兹波进行聚焦，并将聚焦之后的目标太赫兹波投射至太赫兹探测器310，从而提高样品图像的信噪比。第二聚焦器240可以是第二凸透镜，且实际实施时，第二凸透镜的中心厚度、曲率半径等属性参数可以根据实际需求设定，也即，实际实施时，第二预设倍率可以根据实际需求设定，本申请实施例对此不作具体限制，以进一步增强太赫兹成像系统的受控程度和应用范围。
以下，将对成像装置300的工作原理进行描述。需要说明的是，本申请实施例中，采用的成像方法可以为单像素成像(Single-Pixel Imaging，SPI)，也称为鬼成像(GhostImaging，GI)。
首先，本申请实施例中，第二信号发生装置200在编码激光的激发作用下，会按编码激光的编码时序，产生与编码激光具有相同空间编码强度分布的一序列初始太赫兹波，而该空间编码强度分布是根据空间光调制器120中的预设观测矩阵集来指导生成的，预设观测矩阵集中包括多个用于形成掩膜版的观测矩阵。因此，可以理解的是，本申请实施例中，预设观测矩阵集中包括的多个观测矩阵与前述一序列初始太赫兹波中包括的多组初始太赫兹波存在一一对应关系。初始太赫兹波在投射至目标样品20后，获得的目标太赫兹波，会投射至太赫兹探测器310，因此，可以理解的是，当前述一序列初始太赫兹波在投射至目标样品20之后，获得的目标太赫兹波都在编码时序上被逐一记录，以形成目标矩阵，作为目标太赫兹的强度信息，并发送至处理器320。此后，处理器320便可以根据目标太赫兹的强度信息，获得目标样品20的样品图像。
以图4为例，为本申请实施例提供的目标样品20所对应样品图像的单像素成像过程示意图。上述一序列初始太赫兹波中任意一组初始太赫兹波由第二信号发生装置200(包括太赫兹波发生器210和磁场发生器220)出射，并投射至目标样品之后，获得目标太赫兹波，并投射至太赫兹探测器310，由太赫兹探测器310以向量形式记录。
基于以上描述，本申请实施例中，上述一序列初始太赫兹波中任意一组初始太赫兹波出射，并投射至目标样品20之后，获得的目标太赫兹波所形成的样品图像，可以像素化为L*L的矩阵，记作Om，矩阵Om中包括的所有元素可以重新排列成N×1的向量O，其中，N＝L*L，也即，上述一序列初始太赫兹波中，第i组初始太赫兹波可以像素化为L*L矩阵，记作φm，i，矩阵φm，i中包括的所有元素可以重新排列成N×1的向量φi,那么，太赫兹探测器310对第i组初始太赫兹波投射至目标样品20，获得的目标太赫兹波进行探测，能够获得目标太赫兹波的强度信息yi，且强度信息yi可以表示为向量O和向量φi的内积：
yi＝<φi，0>
请结合图5，基于样品图像的单像素成像过程，太赫兹探测器310对上述一序列初始太赫兹波投射至目标样品20，获得的一序列目标太赫兹波依次进行探测，获得目标太赫兹的强度信息之和又可以表示为：
Figure BDA0002316788500000121
如此，便可以利用观测矩阵的逆矩阵Φ-1计算出目标样品20的样品图像，具体计算逻辑可以为：
X＝Φ-1×Y＝Φ-1×(Φ×0)0
请结合图6，本申请实施例中，太赫兹成像系统10还可以包括显示装置400，用于与成像装置300连接，具体与处理器320连接，以获取样品图像并显示。
以下，将对本申请实施例提供的太赫兹成像系统的工作流程进行整体描述。
在通过本申请实施例中提供的太赫兹成像系统10，对目标样品20进行成像的过程中，激光发生器110产生原始激光，并投射至空间光调制器120，空间光调制器120对原始激光进行空间编码，获得编码激光，编码激光经过第一聚焦器130进行扩束之后投射至太赫兹波发生器210，太赫兹波发生器210在编码激光的激发作用下形成与编码激光具有相同空间分布的自旋电流，同时，磁场发生器220在太赫兹波发生器210的设置位置产生静磁场，以使自旋电流在静磁场的激发作用下转化为传导电流，从而产生具有空间编码强度分布的初始太赫兹波，并投射至目标样品20，以获得携带有所述目标样品20在太赫兹波频段的空间信息的目标太赫兹波，目标太赫兹波经第二聚焦器240聚焦之后投射至太赫兹探测器310，以使太赫兹探测器310对目标太赫兹波进行探测，获得目标太赫兹的强度信息，并发送至处理器320，最后，处理器320则根据强度信息，获得目标样品20的样品图像。
在上述过程中，还可以通过调整方位调节装置，也即，通过旋转旋转架231改变磁场发生器220的方位朝向，以改变静磁场的磁场方向，从而改变初始太赫兹波的偏振状态，最终，实现通过进一步地提高目标样品20图像的信噪比等，再次提高目标样品20的图像质量的目的。
综上所述，本申请实施例中，太赫兹成像系统10包括第一信号发生装置100、第二信号发生装置200和成像装置300。第一信号发生装置100产生编码激光，并投射至第二信号发生装置200，第二信号发生装置200则在编码激光的激发作用下，产生具有空间编码强度分布的初始太赫兹波，并投射至目标样品，以获得目标太赫兹波，并投射至成像装置300，而目标太赫兹波携带有目标样品在太赫兹波频段的空间信息，如此，成像装置300便能够根据目标太赫兹波，获得目标样品的样品图像，并且能够同时保证该样品图像具有较高超衍射分辨率和信噪比。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是机械上的固定连接、可拆卸连接或一体地连接，可以是电学上的电连接、通信连接，其中，通信连接又可以是有线通信连接或无线通信连接，此外，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述仅为本申请的部分实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太赫兹成像系统，其特征在于，包括第一信号发生装置、第二信号发生装置和成像装置；
所述第一信号发生装置用于产生编码激光，并投射至所述第二信号发生装置；
所述第二信号发生装置用于在所述编码激光的激发作用下，产生具有空间编码强度分布的初始太赫兹波，并投射至目标样品，以获得所述目标太赫兹波，投射至所述成像装置，所述目标太赫兹波携带有所述目标样品在太赫兹波频段的空间信息；
所述成像装置用于根据所述目标太赫兹波，获得所述目标样品的样品图像。
2.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述第一信号发生装置包括激光发生器和空间光调制器；
所述激光发生器用于产生原始激光，并投射至所述空间光调制器；
所述空间光调制器用于对所述原始激光进行空间编码，获得编码激光。
3.根据权利要求1或2所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述第一信号发生装置还包括第一聚焦器；
所述第一聚焦器用于按第一预设倍率对所述编码激光进行聚焦，并将聚焦之后的所述编码激光投射至所述第二信号发生装置。
4.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述第二信号发生装置包括太赫兹波发生器和磁场发生器；
所述太赫兹波发生器用于在所述编码激光的激发作用下形成与所述编码激光具有相同空间分布的自旋电流；
所述磁场发生器用于在所述太赫兹波发生器的设置位置产生静磁场，以使所述自旋电流在所述静磁场的激发作用下转化为传导电流，从而产生具有空间编码强度分布的初始太赫兹波，并投射至目标样品，以获得所述目标太赫兹波，并投射至所述成像装置。
5.根据权利要求4所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述第二信号发生装置还包括方位调整装置；
所述方位调整装置用于设置所述磁场发生器，以使所述磁场发生器能够在所述方位调整装置的作用下改变方位朝向，以改变所述静磁场的磁场方向，从而改变所述初始太赫兹波的偏振状态。
6.根据权利要求5所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述方位调节装置包括旋转架；
所述旋转架呈环状结构，所述太赫兹波发生器设置于所述旋转架的中心位置，所述磁场发生器设置于所述旋转架上。
7.根据权利要求6所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述磁场发生器包括第一磁性件和第二磁性件；
所述第一磁性件和所述第二磁性件均设置于所述旋转架上，且所述第一磁性件的N极与所述第二磁性件的S极位置相对。
8.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述成像装置包括太赫兹探测器和处理器；
所述太赫兹探测器用于对所述目标太赫兹波进行探测，以获得所述目标太赫兹的强度信息，并发送至所述处理器；
所述处理器用于根据所述强度信息，获得所述目标样品的样品图像。
9.根据权利要求8所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述第二信号发生装置还包括第二聚焦器；
所述第二聚焦器用于按第二预设倍率对所述目标太赫兹波进行聚焦，并将聚焦之后的所述目标太赫兹波投射至所述太赫兹探测器。
10.根据权利要求1所述的太赫兹成像系统，其特征在于，所述太赫兹成像系统还包括显示装置；
所述显示装置用于与所述成像装置连接，以获取所述样品图像并显示。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115276826A (zh) * 2022-06-22 2022-11-01 北京航空航天大学 基于自旋源的太赫兹通感一体化系统及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013024842A (ja) * 2011-07-26 2013-02-04 Hitachi High-Tech Control Systems Corp テラヘルツ波イメージング装置
CN106932357A (zh) * 2017-03-09 2017-07-07 南开大学 一种超衍射分辨极限太赫兹光谱成像系统
CN108885172A (zh) * 2016-03-22 2018-11-23 国际商业机器公司 用均匀碳纳米管薄膜进行太赫兹检测和光谱分析
CN110376135A (zh) * 2019-08-08 2019-10-25 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种太赫兹超分辨显微成像系统
CN211528196U (zh) * 2019-12-11 2020-09-18 中国工程物理研究院流体物理研究所 太赫兹成像系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013024842A (ja) * 2011-07-26 2013-02-04 Hitachi High-Tech Control Systems Corp テラヘルツ波イメージング装置
CN108885172A (zh) * 2016-03-22 2018-11-23 国际商业机器公司 用均匀碳纳米管薄膜进行太赫兹检测和光谱分析
CN106932357A (zh) * 2017-03-09 2017-07-07 南开大学 一种超衍射分辨极限太赫兹光谱成像系统
CN110376135A (zh) * 2019-08-08 2019-10-25 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种太赫兹超分辨显微成像系统
CN211528196U (zh) * 2019-12-11 2020-09-18 中国工程物理研究院流体物理研究所 太赫兹成像系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FERGUSON, B. ET AL.，: "Materials for terahertz science and technology", 《NAT. MATER.》, no. 1, 31 December 2002 (2002-12-31), pages 26 - 33 *
张显斌;施卫;: "基于可调谐准高斯波束太赫兹源的成像系统研究", 物理学报, no. 08, 15 August 2008 (2008-08-15), pages 349 - 355 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115276826A (zh) * 2022-06-22 2022-11-01 北京航空航天大学 基于自旋源的太赫兹通感一体化系统及方法
CN115276826B (zh) * 2022-06-22 2023-08-04 北京航空航天大学 基于自旋源的太赫兹通感一体化系统及方法

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