CN116500644A - 一种基于可调太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统 - Google Patents
一种基于可调太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种基于可调太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统,通过飞秒激光器,第一聚光镜,设置于所述飞秒激光器之后,用于将所述飞秒激光器产生的红外光转换成平行光;可调太赫兹阵列源,设置于所述第一聚光镜之后;成像目标,设置于太赫兹源之后,与所述太赫兹源的距离在300微米以内;挡板,设置于所述成像目标之后,用于过滤额外的红外光;第二聚光镜,设置于所述挡板之后;单像素太赫兹探测器,设置于所述第二聚光镜之后。由此,基于可调太赫兹阵列源对太赫兹阵列源的单个像素进行编译,对每个像素施加不同的电压即可获得空间分布的太赫兹光,省去了传统的空间光调制器的使用,简化了鬼成像的成像光路。
Description
技术领域
本申请涉及太赫兹波成像技术,特别是涉及一种基于可调太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统。
背景技术
太赫兹波是一种频段位于0.1-10THz的电磁波,该波段的电磁波处于红外和微波之间,具有特殊的电子能量,因此具有许多独特的性质,在医药学、生物学、材料科学、安全检查、通信等领域都有着重要的应用。基于此,太赫兹成像同样具有巨大的应用前景,例如:无损检测、生物检测、化学成像、医学成像等等。但是在太赫兹波段,制造具备优异性能的阵列式探测器比较困难,以往的太赫兹成像通常采用逐点扫描的方式。将太赫兹成像与鬼成像相结合是解决该难题的一种有效方式。
太赫兹近场鬼成像主要由按照预设生成空间分布的太赫兹光来照明物体,通过单像素探测器来探测收集太赫兹信号,最后通过关联计算得到物体的图像信息。起初,空间分布的太赫兹光由掩模版来实现,然而使用大量的掩模版在操作上繁琐复杂。目前,太赫兹空间光主要由空间光调制器实现,比如使用数字微镜阵列来形成空间分布的红外光照射电光晶体或者自旋电子太赫兹器件等来实现空间分布太赫兹光。在光路上引入了数字微镜阵列,使得光路的调整和校准更加复杂。
因此,如何使用一种能直接产生空间编译的太赫兹发射器件来简化光路是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
基于上述问题,本申请提供了一种基于可调太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统,基于可调太赫兹阵列源,从而实现使用一种能直接产生空间编译的太赫兹发射器件来简化光路。
为解决上述问题,本申请实施例提供的技术方案如下:
飞秒激光器,用于产生红外光;
第一聚光镜,设置于所述飞秒激光器之后,用于将所述飞秒激光器产生的红外光转换成平行光;
可调太赫兹阵列源,设置于所述第一聚光镜之后,用于通过对太赫兹源进行编译,根据经过该太赫兹源的,飞秒激光器产生的红外光得到空间分布的太赫兹波;
成像目标,设置于太赫兹源之后,与所述太赫兹源的距离在300微米以内;
挡板,设置于所述成像目标之后,用于过滤额外的红外光;
第二聚光镜,设置于所述挡板之后,用于将太赫兹光聚焦;
单像素太赫兹探测器,设置于所述第二聚光镜之后,用于接收由所述第二聚光镜聚焦处理后的太赫兹光,得到太赫兹信号。
可选的,所述可调太赫兹阵列源包括:双面抛光衬底,导电薄膜,铁电层,铁磁层,非铁磁层;磁场装置,用于给所述铁磁层施加一个平行于铁磁层面内方向的可调节磁场;电压装置,所述电压装置分别与每个像素的导电层和非铁磁层相连,用于单独给每个像素施加电压。
可选的,所述双面抛光衬底为可透800nm红外光的、长度为1mm-10cm、材料为氧化物的正方形衬底。
可选的,所述导电层为可透800nm红外光的、包括端点值、厚度为10nm-1μm、材料为离子掺杂SrTiO3的导电材料。
可选的,所述铁电层为可透800nm红外光的,厚度为100nm-500μm、包括端点值、材料为PMN-PT的铁电材料。
可选的,所述铁磁层为厚度1nm-10nm、包括端点值的铁磁金属薄膜。
可选的,所述非铁磁金属为厚度1nm-10nm,包括端点值的非铁磁金属薄膜。
可选的,所述导电层、所述铁电层、所述铁磁层和所述非铁磁层由脉冲激光沉积或分子束外延生长或磁控溅射生长得到。
可选的,所述可调太赫兹阵列源为LⅹL=N个像素单元组成,所述可调太赫兹阵列源在第i次关联计算编码中,按照N阶Walsh–Hadamard矩阵的第i行进行排列编译。
相较于现有技术,本申请具有以下有益效果:
通过飞秒激光器,用于产生红外光;第一聚光镜,设置于所述飞秒激光器之后,用于将所述飞秒激光器产生的红外光转换成平行光;可调太赫兹阵列源,设置于所述第一聚光镜之后,用于通过对太赫兹源进行编译,根据经过该太赫兹源的,飞秒激光器产生的红外光得到空间分布的太赫兹波;成像目标,设置于太赫兹源之后,与所述太赫兹源的距离在300微米以内;挡板,设置于所述成像目标之后,用于过滤额外的红外光;第二聚光镜,设置于所述挡板之后,用于将太赫兹光聚焦;单像素太赫兹探测器,设置于所述第二聚光镜之后,用于接收由所述第二聚光镜聚焦处理后的太赫兹光,得到太赫兹信号。由此,基于可调太赫兹阵列源,可以对太赫兹阵列源的单个像素进行编译,对每个像素施加不同的电压即可获得空间分布的太赫兹光,省去了传统的空间光调制器的使用,极大的简化了鬼成像的成像光路,并且节省了鬼成像系统的成本。
附图说明
为更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,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的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种基于可调太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统结构图;
图2为本申请实施例所提供的太赫兹阵列源的示意图;
图3为本申请实施例所提供的太赫兹阵列源的制作流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,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清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
为便于理解本申请实施例提供的技术方案,下面将先对本申请实施例涉及的背景技术进行说明。
正如前文所述,太赫兹波是一种频段位于0.1-10THz的电磁波,该波段的电磁波处于红外和微波之间,具有特殊的电子能量,因此具有许多独特的性质,在医药学、生物学、材料科学、安全检查、通信等领域都有着重要的应用。基于此,太赫兹成像同样具有巨大的应用前景,例如:无损检测、生物检测、化学成像、医学成像等等。但是在太赫兹波段,制造具备优异性能的阵列式探测器比较困难,以往的太赫兹成像通常采用逐点扫描的方式。将太赫兹成像与鬼成像相结合是解决该难题的一种有效方式。太赫兹近场鬼成像主要由按照预设生成空间分布的太赫兹光来照明物体,通过单像素探测器来探测收集太赫兹信号,最后通过关联计算得到物体的图像信息。起初,空间分布的太赫兹光由掩模版来实现,然而使用大量的掩模版在操作上繁琐复杂。目前,太赫兹空间光主要由空间光调制器实现,比如使用数字微镜阵列来形成空间分布的红外光照射电光晶体或者自旋电子太赫兹器件等来实现空间分布太赫兹光。在光路上引入了数字微镜阵列,使得光路的调整和校准更加复杂。
为了解决这一问题,在本申请实施例提供了一种基于可调太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统结构,通过飞秒激光器,第一聚光镜,用于将所述飞秒激光器产生的红外光转换成平行光;可调太赫兹阵列源,设置于所述第一聚光镜之后,用于通过对太赫兹源进行编译,根据经过该太赫兹源的,飞秒激光器产生的红外光得到空间分布的太赫兹波;成像目标,设置于太赫兹源之后,与所述太赫兹源的距离在300微米以内;挡板,设置于所述成像目标之后,用于过滤额外的红外光;第二聚光镜,设置于所述挡板之后,用于将太赫兹光聚焦;单像素太赫兹探测器,设置于所述第二聚光镜之后,用于接收由所述第二聚光镜聚焦处理后的太赫兹光,得到太赫兹信号。由此,基于可调太赫兹阵列源,可以对太赫兹阵列源的单个像素进行编译,对每个像素施加不同的电压即可获得空间分布的太赫兹光,省去了传统的空间光调制器的使用,极大的简化了鬼成像的成像光路,并且节省了鬼成像系统的成本。
为了便于理解本申请实施例提供的太赫兹近场鬼成像系统,下面对本申请的场景示例进行说明。
以下通过一个实施例,对本申请提供的一种基于可调太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统进行说明。参见图1,该图为本申请实施例提供的一种基于可调太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统结构图,如图1所示,本实施例基于太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统包括:
飞秒激光器1,第一聚光镜2a,可调太赫兹阵列源3,成像目标4,挡板5,第二聚光镜2b,单像素太赫兹探测器6。
其中,飞秒激光器1,用于产生红外光。
第一聚光镜2a,位于飞秒激光器1之后,作用是将飞秒激光器1产生的红外光转换成平行光。
可调太赫兹阵列源3,通过对该太赫兹源进行编译,飞秒激光器产生的红外光经过该太赫兹源可以产生空间分布的太赫兹波,该太赫兹波频率可覆盖0.1-10THz,峰值位于0.5-1THz。
成像目标4,位于太赫兹源之后,与太赫兹源的距离在300微米以内。
挡板5,位于成像目标4之后,特点是透太赫兹光不透红外光,主要作用是过滤额外的红外光,材料选择可为高阻硅、薄纸等。
第二聚光镜2b,位于挡板5之后,作用将太赫兹光聚焦。
单像素太赫兹探测器6,太赫兹空间光照射成像目标4后,携带目标信息的太赫兹光经过第二聚光镜2b,聚焦到单像素太赫兹探测器6,得到太赫兹信号。可调太赫兹阵列源按照一定的规律(例如Walsh–Hadamard矩阵)进行编译,每次编译后探测器都会探测到一个信号,将这些信号进行关联计算再次排列,即可得到成像目标4的图像。
本实施例基于太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统的计算鬼成像关联测量中,由可调太赫兹阵列源直接产生太赫兹空间光,空间编码的结构光随后照明成像目标并携带了目标空间信息,最终结构光强度被没有空间分辨能力的单像素探测器探测并记录。
可调太赫兹阵列源3由LⅹL个像素组成,每个像素都能单独编译,施加相反的电压可得到极性相反的太赫兹波。
假设将成像目标(连续图像)在空间上离散为大小也为LⅹL的数字图像Om。
将Om按照行重新排列成长度为N=LⅹL的向量O。
将N阶Walsh–Hadamard矩阵φ的第i行重新进行排列成L阶的矩阵
可调太赫兹阵列源通过施加不同电压,按照顺序编译Walsh–Hadamard掩码
在第i次关联计算中,红外光照射可调太赫兹阵列源3后产生空间分布太赫兹波照明成像目标。
由单像素检测器记录的掩模和物体之间的相关性可以通过它们的内积在数学上表示:
对成像目标的整个关联测量过程则表示为:Y=φO,Y是由关联测量值yi组成的列向量,其长度为N。
对于Walsh–Hadamard矩阵φ,存在逆矩阵φ-1,则可重塑出成像目标图像:X=φ- 1Y=φ-1φO=O。
最后将长度为N的列向量O重新排列成LⅹL的矩阵,便得到鬼成像成像的成像目标图片。
由此,本申请实施例提供的基于可调太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统,基于可调太赫兹阵列源,可以对太赫兹阵列源的单个像素进行编译,对每个像素施加不同的电压即可获得空间分布的太赫兹光,省去了传统的空间光调制器的使用,极大的简化了鬼成像的成像光路,并且节省了鬼成像系统的成本。
图2为本实施例基于太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统中太赫兹阵列源的示意图。太赫兹阵列源由LⅹL个像素点构成,每个像素包括:
双面抛光衬底7;
设置在所述双面抛光衬底7上的导电薄膜8;
设置在所述导电薄膜8上的铁电层9;
设置在所述铁电层9上的铁磁层10;
设置在所述铁磁层10上的非铁磁层11;
磁场装置12,所述磁场装置作用为给所述铁磁层施加一个平行于铁磁层面内方向的磁场,磁场大小和方向可调;
电压装置13,所述电压装置分别与每个像素的导电层和非铁磁层相连,电压装置可以单独给每个像素施加不同电压;
在该案例中,铁电层9和铁磁层10之间存在磁电耦合作用,铁磁层10和非铁磁层11之间存在逆自旋霍尔效应,在红外光的激发下会产生太赫兹波,产生的太赫兹光与铁磁层10的磁场相关,通过给铁电层9施加一个电压,可以改变铁磁层10的磁场大小和方向,因此可以调控所产生太赫兹波强度和偏振,所述太赫兹阵列源的每个像素都是单独独立的,对每个像素施加不同的电压可以实现编译过程,实现空间分布的太赫兹光。
需要说明的是,所述磁场装置未在图2中具体展现,可以是固定在旋转支架上的永久磁铁,也可以是四级电磁铁,通过控制两级上的电流大小来旋转磁场。其具体结构在本发明实施例中并不作限定。
需要说明的是,所述太赫兹阵列源至少还包括与所述电压装置连接所需要的电极和电极引线等结构。
双面抛光衬底7,该衬底要求可透800nm红外光,衬底为正方形,长度为1mm-10cm,材料选择包括但不限于SrTiO3或LaAlO3或LaNiO3等氧化物衬底。
导电薄膜8要求可透800nm红外光的导电材料,且厚度为10nm-1μm,包括端点值,材料选择包括但不限于离子掺杂SrTiO3。
所述铁电层9要求可透800nm红外光的铁电材料,铁电层的厚度为100nm-500μm,包括端点值,所述铁电层材料的选择包括但不限于Pb(Mg1/3Nb2/3)1-xTixO3,即PMN-PT。
所述铁磁层10为铁磁金属薄膜,厚度为1nm-10nm,材料选择包括但不限于CoFeB或Fe或Co或Ni或NiFe铁磁金属薄膜。所述的单像素太赫兹探测器不具备空间分辨能力。
所述非铁磁层11为具有强自旋轨道耦合作用的重金属薄膜,厚度为1nm-10nm,材料选择包括但不限于Pt或W重金属薄膜。
所述太赫兹波阵列源还包括:
设置在所述非铁磁金属薄膜背离所述铁磁金属薄膜一侧的保护层;所述保护层的材料包括但不限定于MgO或SiO2或Al2O3等。
磁场装置12,磁场装置作用为给所述铁磁层施加一个平行于铁磁层面内方向的磁场,磁场大小和方向可调;
电压装置13,电压装置分别与每个像素的导电层和非铁磁层相连,电压装置可以单独给每个像素施加不同电压。
示例性的,所述的导电层、铁电层、铁磁层和非铁磁层由脉冲激光沉积或者分子束外延生长或者磁控溅射生长;
示例性的,所述的导电层、铁电层、铁磁层和非铁磁层由离子刻蚀技术刻成LⅹL个单独像素,L包括但不限于2,4,8,16…,每个像素都互相独立,可以单独编译。
图3为本申请实施例所提供的太赫兹阵列源的制作流程示意图,参见图3所述制作方法包括:
S301,提供双面抛光衬底。
S302,在所述双面抛光衬底上生长导电层。
在该步骤中,包括但不限定于采用磁控溅射技术或分子束外延技术或激光脉冲沉积技术生长一层导电层。
S303,在所述导电层上生长一层铁电层。
在该步骤中,包括但不限定于采用磁控溅射技术或分子束外延技术或激光脉冲沉积技术生长一层铁电层。
S304,在所述铁电层上生长一层铁磁层。
在该步骤中,包括但不限定于采用磁控溅射技术或分子束外延技术或激光脉冲沉积技术生长一层铁磁层。
S305,在所述铁磁层上生长一层非铁磁层。
在该步骤中,包括但不限定于采用磁控溅射技术或分子束外延技术或激光脉冲沉积技术生长一层非铁磁层。
S306,将所述的导电层、铁电层、铁磁层和非铁磁层进行刻蚀,刻蚀成LⅹL个像素。
在该步骤中,包括但不限定于采用离子刻蚀技术或湿法刻蚀技术或光刻蚀技术进行刻蚀。
S307,设置磁场装置、电压装置。
在该步骤中,所述磁场装置用于给所述铁磁金属薄膜施加水平方向且平行于所述铁磁金属薄膜的磁场,其中,所述磁场的大小和方向可调;所述电压装置单独与每个像素的导电层和非铁磁层相连。
本申请实施例还提供了对应的设备以及计算机存储介质,用于实现本申请实施例所提供的太赫兹近场鬼成像系统方案。
其中,所述设备包括存储器和处理器,所述存储器用于存储指令或代码,所述处理器用于执行所述指令或代码,以使所述设备执行本申请任一实施例所述的太赫兹近场鬼成像系统。
所述计算机存储介质中存储有代码,当所述代码被运行时,运行所述代码的设备实现本申请任一实施例所述的太赫兹近场鬼成像系统。
需要说明的是,本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
应当理解,在本申请中,“至少一个(项)”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,用于描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,“A和/或B”可以表示:只存在A,只存在B以及同时存在A和B三种情况,其中A,B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b或c中的至少一项(个),可以表示:a,b,c,“a和b”,“a和c”,“b和c”,或“a和b和c”,其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。
还需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种基于可调太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统,其特征在于,包括:
飞秒激光器,用于产生红外光;
第一聚光镜,设置于所述飞秒激光器之后,用于将所述飞秒激光器产生的红外光转换成平行光;
可调太赫兹阵列源,设置于所述第一聚光镜之后,用于通过对太赫兹源进行编译,根据经过该太赫兹源的,飞秒激光器产生的红外光得到空间分布的太赫兹波;
成像目标,设置于太赫兹源之后,与所述太赫兹源的距离在300微米以内;
挡板,设置于所述成像目标之后,用于过滤额外的红外光;
第二聚光镜,设置于所述挡板之后,用于将太赫兹光聚焦;
单像素太赫兹探测器,设置于所述第二聚光镜之后,用于接收由所述第二聚光镜聚焦处理后的太赫兹光,得到太赫兹信号。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述可调太赫兹阵列源包括:双面抛光衬底,导电薄膜,铁电层,铁磁层,非铁磁层;磁场装置,用于给所述铁磁层施加一个平行于铁磁层面内方向的可调节磁场;电压装置,所述电压装置分别与每个像素的导电层和非铁磁层相连,用于单独给每个像素施加电压。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述双面抛光衬底为可透800nm红外光的、长度为1mm-10cm、材料为氧化物的正方形衬底。
4.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述导电层为可透800nm红外光的、包括端点值、厚度为10nm-1μm、材料为离子掺杂SrTiO3的导电材料。
5.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述铁电层为可透800nm红外光的、厚度为100nm-500μm、包括端点值、材料为PMN-PT的铁电材料。
6.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述铁磁层为厚度1nm-10nm、包括端点值的铁磁金属薄膜。
7.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述非铁磁金属为厚度1nm-10nm,包括端点值的非铁磁金属薄膜。
8.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述导电层、所述铁电层、所述铁磁层和所述非铁磁层由脉冲激光沉积或分子束外延生长或磁控溅射生长得到。
9.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述可调太赫兹阵列源为LⅹL=N个像素单元组成,所述可调太赫兹阵列源在第i次关联计算编码中,按照N阶Walsh–Hadamard矩阵的第i行进行排列编译。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN202310603219.XA CN116500644A (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 一种基于可调太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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CN202310603219.XA CN116500644A (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 一种基于可调太赫兹阵列源的太赫兹近场鬼成像系统 |
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Cited By (1)
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CN117665411A (zh) * | 2024-01-31 | 2024-03-08 | 中国电子科技集团公司第十五研究所 | 一种磁场增强的低轨卫星6g信号探测器 |
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2023
- 2023-05-23 CN CN202310603219.XA patent/CN116500644A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117665411A (zh) * | 2024-01-31 | 2024-03-08 | 中国电子科技集团公司第十五研究所 | 一种磁场增强的低轨卫星6g信号探测器 |
CN117665411B (zh) * | 2024-01-31 | 2024-04-05 | 中国电子科技集团公司第十五研究所 | 一种磁场增强的低轨卫星6g信号探测器 |
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