KR20160093643A - 테라헤르츠 이미지의 고-대비, 근-실시간 습득을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
테라헤르츠 이미지의 고-대비, 근-실시간 습득을 위한 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
테라헤르츠 이미지 빔은 비선형 광학 프로세스(예를 들어, 근-적외선 업컨버팅 빔에 의한 합-주파수 발생 또는 차-주파수 발생)에 의해 업컨버트된다. 업컨버트된 이미지는 근-적외선 이미지 검출기에 의해 습득된다. 테라헤르츠 이미지 빔 및 업컨버팅 빔은 피코초 펄스 트레인을 포함한다. 테라헤르츠 이미지 빔 및 업컨버팅 빔의 대역폭과 중심 파장은 업컨버트된 이미지 빔이 업컨버팅 빔을 차단하거나 실질적으로 감쇠하는 동안에 검출기에 도달될 수 있도록 허용하기 위해서 파장 필터링이 사용될 수 있을 정도이다.
Description
본 출원은 블라디미르 지. 코즐로프(Vladimir G. Kozlov) 및 패트릭 에프. 테카벡(Patrick F. Tekavec)의 이름으로 각각, 2013년 12월 4일자 및 2014년 6월 4일자로 출원된 미국 가출원 번호 61/912,004호 및 62/007,904호를 우선권으로 주장하며, 상기 두건의 가 출원은 본 출원에 완전히 기재된 것처럼 본 출원에 참조로 포함된다.
본 출원은 국립 과학 재단에 의해 주어진 계약서 번호 NSF SBIR 7324191 하에서 정부 지원으로 이루어졌다. 미국 정부는 본 출원에 일정한 권리를 가진다.
본 발명의 분야는 테라헤르츠-주파수 방사선을 사용하여 이미징(imaging)하는 것에 관한 것이다. 특히, 테라헤르츠 이미지의 고-대비, 근-실시간 습득을 위한 시스템 및 방법이 개시된다.
테라헤르츠-주파수 방사선에 의한 발생, 검출, 또는 이미징을 위한 다수의 시스템 및 방법이 이전에 개시되어 있다. 이들의 몇몇이 아래에 개시되며, 본 출원에 완전히 기재된 것처럼 본 출원에 참조로 포함된다:
- Nuss (Lucent Technologies Inc.)에게 1997년 4월 22일자로 허여된 발명의 명칭이 "테라헤르츠 이미징을 위한 방법 및 장치"인 미국 특허 제5,623,145호;
- Nuss (Lucent Technologies Inc.)에게 1998년 1월 20일자로 허여된 발명의 명칭이 "테라헤르츠 이미징을 위한 방법 및 장치"인 미국 특허 제5,710,430호;
- Nuss (Lucent Technologies Inc.)에게 1998년 8월 4일자로 허여된 발명의 명칭이 "테라헤르츠 방사선을 사용한 광학 시스템"인 미국 특허 제5,789,750호;
- Brener (Lucent Technologies Inc.) 등에게 1997년 8월 18일자로 허여된 발명의 명칭이 "근접장 테라헤르츠 이미징"인 미국 특허 제5,894,125호;
- Jacobsen (Lucent Technologies Inc.) 등에게 1999년 8월 17일자로 허여된 발명의 명칭이 "테라헤르츠 파형의 처리 및 분석을 위한 시스템 및 방법"인 미국 특허 제5,939,721호;
- Zhang (Rensselaer Polytechnic Institute) 등에게 1999년 9월 14일자로 허여된 발명의 명칭이 "자유-공간 전자기 방사선을 특성화하기 위한 전기-광학적 감지 장치 및 방법"인 미국 특허 제5,952,721호;
- Mittleman (Lucent Technologies Inc.) 등에게 2000년 6월 20일자로 허여된 발명의 명칭이 "테라헤르츠 단층 촬영 이미징을 위한 방법 및 장치"인 미국 특허 제6,078,047호;
- Zhang (Rensselaer Polytechnic Institute) 등에게 2002년 7월 2일자로 허여된 발명의 명칭이 "처프(chirped) 광학 펄스를 사용한 전자기 방사선의 전기-광학적/자기-광학적 측정"인 미국 특허 제6,414,473호;
- Ferguson (Rensselaer Polytechnic Institute) 등의 이름으로 2003년 5월 22일자로 공개된 발명의 명칭이 "물체에 관한 3차원 테라헤르츠 이미징을 수행하기 위한 방법 및 시스템"인 공개 번호 WO 2003/042670호;
- Hayes 등에게 2007년 9월 18일자로 허여된 발명의 명칭이 "고효율 도파관 펄스형 테라헤르츠 전자기 방사선원 및 그룹-정합 도파관 테라헤르츠 전자기 방사선원"인 미국 특허 제7,272,158호;
- Vodopyanov (Microtech Instruments, Oregon State University, Stanford University) 등에게 2008년 3월 4일자로 허여된 발명의 명칭이 "배향-패턴화된 반도체에서 테라헤르츠 방사선의 발생"인 미국 특허 제7,339,718호;
- Vodopyanov 등에게 2008년 3월 25일자로 허여된 발명의 명칭이 "테라헤르츠 방사선 발생 및 그를 위한 방법"인 미국 특허 제7,349,609호;
- Moeller (Alcatel-Lucent USA Inc.)에게 2011년 4월 19일자로 허여된 발명의 명칭이 "저가의 테라헤르츠 펄스 파 발생기"인 미국 특허 제7,929,580호;
- Kozlov (Microtech Instruments Inc.) 등에게 2011년 10월 11일자로 허여된 발명의 명칭이 "테라헤르츠 가변 소스, 분광기, 및 이미징 시스템"인 미국 특허 제8,035,083호;
- Khan (Massachusetts Institute of Technology; 현재 2013년 8월 20일자로 허여된 미국 특허 제8,514,393호) 등의 이름으로 2012년 1월 12일자로 공개된 발명의 명칭이 "테라헤르츠 감지 시스템 및 방법"인 미국 공개 번호 2012/0008140호;
- Kozlov (Microtech Instruments) 등에게 2013년 12월 3일자로 허여된 발명의 명칭이 "비선형 광 발생을 위한 동시 펌핑된 광학 파라미터식 발진기의 정렬 및 최적화"인 미국 특허 제8,599,474호;
- Kozlov (Microtech Instruments) 등에게 2013년 12월 3일자로 허여된 발명의 명칭이 "비선형 광 발생을 위한 동시 펌핑된 광학 파라미터식 발진기의 정렬 및 최적화"인 미국 특허 제8,599,475호;
- Kozlov (Microtech Instruments) 등에게 2013년 12월 3일자로 허여된 발명의 명칭이 "비선형 광 발생을 위한 동시 펌핑된 광학 파라미터식 발진기의 정렬 및 최적화"인 미국 특허 제8,599,476호;
- Wu 등의; "테라헤르츠 빔의 2차원적 전기-광학적 이미징"; Applied Physics Letters Vol. 69 No. 8p. 1026 (1996);
- Jiang 등의; "전기광학적 효과를 통한 테라헤르츠 이미징"; IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques Vol. 47 No. 12p. 2644 (1999);
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-Tekavec 등의; "비디오 레이트 3D 테라헤르츠 단층촬영": post-deadline paper, Conference on Lasers and Electro-optics (June 8-13, 2014, San Jose, California).
테라헤르츠 이미지 빔은 비선형 광학 프로세스(예를 들어, 근적외선 업컨버팅 빔에 의한 합-주파수 또는 차-주파수 발생)에 의해 업컨버트된다. 업컨버트된 이미지는 근적외선 이미지 검출기에 의해 습득된다. 테라헤르츠 이미지 빔 및 업컨버팅 빔은 피코초 펄스(picosecond pulses)의 트레인을 포함한다. 테라헤르츠 이미지 빔 및 업컨버팅 빔의 대역폭과 중심 파장은 업컨버팅 빔을 차단하거나 실질적으로 감쇠하면서 업컨버트된 이미지 빔이 검출기에 도달하는 것을 허용하도록 파장 필터링이 사용될 수 있는 정도이다.
테라헤르츠 이미지의 업컨버젼 및 업컨버트된 이미지의 검출과 관련된 목적 및 장점은 다음에 기재된 설명에 개시되고 도면에 예시되어 있는 예시적인 구현예를 참조할 때 분명해질 수 있다.
이와 같은 개요는 상세한 설명에서 아래에서 추가로 설명되는 간단한 형태에서 개념의 선택을 소개하기 위해 제공된 것이다. 이와 같은 개요는 개시된 요지의 중요한 특징 또는 필수적인 특징을 확인하도록 의도된 것이 아니며, 이후에 청구되는 요지의 범주를 결정하는 데 도움을 주기 위해 사용하도록 의도된 것도 아니다.
도 1은 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하기 위한 장치의 제1 예를 개략적으로 예시한다.
도 2는 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하기 위한 장치의 제2 예를 개략적으로 예시한다.
도 3a 내지 도 3d는 임의의 편광- 또는 파장-기반 필터링 이전에 업컨버트된 광학 빔과 업컨버트된 테라헤르츠 이미지 빔의 스펙트럼의 예이며, 도 3e는 업컨버트된 테라헤르츠 이미지 빔과 잔류 업컨버팅 광학 빔의 편광- 및 파장-기반 필터링된 스펙트럼의 예이다.
도 4는 테라헤르츠 이미지를 습득하기 위한 여러 기술에 대한 추정 신호 강도를 비교하는 표이다.
도 5는 테라헤르츠 이미징 빔과 업컨버팅 빔을 위한 소스의 예를 개략적으로 예시한다.
도 6a 내지 도 6c는 3개의 테스트 물체에 대한 가시적 이미지이며, 도 7a 내지 도 7c는 투과시 이들 물체에 대한 로우(raw) 업컨버트된 테라헤르츠 이미지이며, 도 8a 내지 도 8c는 이들 물체에 대한 투과시 정규화되고, 업컨버트된 테라헤르츠 이미지이다.
도 9a 내지 도 9c는 3개의 다른 테스트 물체에 대한 가시적 이미지이며, 도 10a 내지 도 10c는 투과시 이들 물체에 대한 로우 업컨버트된 테라헤르츠 이미지이며, 도 11a 내지 도 11c는 투과시 이들 물체에 대한 정규화되고, 업컨버트된 테라헤르츠 이미지이다.
도 12는 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하기 위한 장치의 제3 예를 개략적으로 예시한다.
도 13a 및 도 13b는 테스트 물체에 대한 각각의, 가시적이고 반사된, 업컨버트된 테라헤르츠 이미지이다.
도 14a는 깊이-의존 반사 테라헤르츠 이미징을 위한 테스트 물체의 개략적인 분해도이며, 도 14b는 일련의 상이한 깊이에서 도 14a의 테스트 물체에 대한 반사되고 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 포함한다.
도 15는 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하기 위한 장치의 제4 예를 개략적으로 예시한다.
도 16은 도 15의 장치를 사용하여 생성될 수 있는 모의 신호(simulated signal)를 개략적으로 예시한다.
도 2는 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하기 위한 장치의 제2 예를 개략적으로 예시한다.
도 3a 내지 도 3d는 임의의 편광- 또는 파장-기반 필터링 이전에 업컨버트된 광학 빔과 업컨버트된 테라헤르츠 이미지 빔의 스펙트럼의 예이며, 도 3e는 업컨버트된 테라헤르츠 이미지 빔과 잔류 업컨버팅 광학 빔의 편광- 및 파장-기반 필터링된 스펙트럼의 예이다.
도 4는 테라헤르츠 이미지를 습득하기 위한 여러 기술에 대한 추정 신호 강도를 비교하는 표이다.
도 5는 테라헤르츠 이미징 빔과 업컨버팅 빔을 위한 소스의 예를 개략적으로 예시한다.
도 6a 내지 도 6c는 3개의 테스트 물체에 대한 가시적 이미지이며, 도 7a 내지 도 7c는 투과시 이들 물체에 대한 로우(raw) 업컨버트된 테라헤르츠 이미지이며, 도 8a 내지 도 8c는 이들 물체에 대한 투과시 정규화되고, 업컨버트된 테라헤르츠 이미지이다.
도 9a 내지 도 9c는 3개의 다른 테스트 물체에 대한 가시적 이미지이며, 도 10a 내지 도 10c는 투과시 이들 물체에 대한 로우 업컨버트된 테라헤르츠 이미지이며, 도 11a 내지 도 11c는 투과시 이들 물체에 대한 정규화되고, 업컨버트된 테라헤르츠 이미지이다.
도 12는 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하기 위한 장치의 제3 예를 개략적으로 예시한다.
도 13a 및 도 13b는 테스트 물체에 대한 각각의, 가시적이고 반사된, 업컨버트된 테라헤르츠 이미지이다.
도 14a는 깊이-의존 반사 테라헤르츠 이미징을 위한 테스트 물체의 개략적인 분해도이며, 도 14b는 일련의 상이한 깊이에서 도 14a의 테스트 물체에 대한 반사되고 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 포함한다.
도 15는 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하기 위한 장치의 제4 예를 개략적으로 예시한다.
도 16은 도 15의 장치를 사용하여 생성될 수 있는 모의 신호(simulated signal)를 개략적으로 예시한다.
본 개시에 서술된 구현예는 단지 개략적으로 도시되었으며 모든 특징이 충분히 세부적이거나 적절한 비율로 도시되지 않을 수 있다는 것을 주목해야 한다. 특정 특징 또는 구조는 명료함을 위해서 다른 것들에 대해 과장되었을 수 있다. 도시된 구현예는 단지 예이며 기재된 설명 또는 이후에 제시되는 청구범위의 범주를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것을 또한 주목해야 한다.
마이크로파와 장파 적외선 스펙트럼 영역 사이의 상대적으로 부족한(under-developed) 스펙트럼 "갭(gap)"인 전자기 스펙트럼의 테라헤르츠(THz) 파장 범위(즉, 약 0.1 THz 내지 약 10 THz)는 여러 이유로 흥미롭다. 많은 생물학적 그리고 화학적 화합물은 이와 같은 스펙트럼 영역에서 독특한 흡수 특징을 가지며, 이는 방어, 보안, 생의학적 및 산업적 세팅(settings)에서의 이미징에 테라헤르츠 방사선을 매력적으로 만든다. 테라헤르츠 방사선은 거의 감쇠 없이 광학적, 자외선, 또는 적외선 방사선에 불투과성인 많은 물질(예를 들어, 세라믹, 섬유, 건조 유기 재료, 플라스틱, 종이, 또는 다양한 패키징 재료)을 통해 거의 또는 전혀 감쇠 없이 통과할 수 있다. 테라헤르츠 방사선에 의한 이미징은 밀리미터-이하의 공간 해상도를 가능하게 하며, 이는 잠재적으로, 더 긴 파장에서 얻은(예를 들어, 밀리미터 파를 사용하여) 이미지에 비해서 더 높은 품질의 이미지를 제공한다.
테라헤르츠 주파수에서 이미지의 직접적인 습득 또는 검출은 적합한 검출기(예를 들어, 볼로미터, 골레이 셀(Golay cell), 또는 마이크로볼로미터 어레이)의 통상적으로 낮은 감도 또는 낮은 공간 해상도에 의해, 단일-채널 검출기가 사용되는 경우에 2차원 이미지를 얻기 위한 래스터 스캐닝에 대한 필요성에 의해, 또는 볼로미터식 검출기 또는 어레이의 저온 냉각에 대한 필요성에 의해 방해를 받을 수 있다. 실온에서 작동 가능한 높은 공간 해상도를 갖는 민감한 2차원 검출기 어레이(예를 들어, CCD 어레이, CMOS 어레이, 또는 InGaAs 어레이)가 전자기 스펙트럼의 가시 부분 및 근적외선(근 IR) 부분(즉, 약 400 nm 내지 약 3000 nm의 파장)에서 이미지를 검출하는데 용이하게 이용될 수 있으며; 테라헤르츠-주파수 이미지의 직접적인 검출에 대한 전술한 문제점은 이와 같은 검출기를 사용함으로써 예방될 수 있으나, 이들 검출기는 테라헤르츠 방사선에 민감하지 않다. 다양한 비선형 광학 효과가 테라헤르츠 이미지의 습득을 위한 가시 또는 근 적외선 검출기 또는 어레이의 사용을 가능하게 하도록 활용될 수 있다.
소위 코히어런트 검출(coherent detection)이 가시 또는 근적외선 검출기를 사용하여 테라헤르츠 이미지를 습득하는데 사용될 수 있으며; 예가 (위에서 인용된)Wu 등, Yonera 등, Jiang 등 및 Zhang 등의 참고문헌에 개시되어 있다. 코히어런트 검출 방법은 통상적으로, 광대역 테라헤르츠 펄스를 생성하기 위해서 짧은 광학 펌프 펄스(예를 들어, 가시 또는 근적외선 파장에서 < 100 펨토초(fs))를 사용한다. 테라헤르츠 펄스의 코히어런트 검출은 이를 전기-광학적 결정에서 짧은 광학 프로브 펄스(probe pulse)(예를 들어, 가시 또는 근적외선 파장에서 < 100 펨토초(fs); 통상적으로 펌프 펄스의 진폭-크기(amplitude-scaled) 복제)와 혼합함으로써 달성될 수 있다. 광학 프로브 펄스의 편광은 포켈 효과(Pockels effect)로 인해 테라헤르츠 펄스 전기장에 의해 회전되며; 회전 양은 테라헤르츠 필드 진폭에 비례하고 분석기 편광기를 통한 검출에 의해 측정될 수 있다. 코히어런트 검출은 물체 또는 테라헤르츠 이미지의 래스터 스캐닝과 조합된 단일 검출기 요소를 사용하여 실시될 수 있거나, 가시 또는 근적외선 검출기 어레이(예를 들어, CCD 카메라 또는 CMOS 어레이)가 사용될 수 있으며, 그에 의해서 래스터 스캐닝에 대한 필요성이 제거된다. 그러나 습득된 이미지의 이미지 대비는 통상적으로 낮은 신호 대 잡음 비에 의해 제한된다. 또한, 짧은 광학 펄스에 의해 발생된 테라헤르츠 방사선의 넓은 광학 주파수 대역폭(통상적으로 약 2 내지 3 THz)은 종종, 그 대역폭 내의 특정 주파수의 상당한 대기 흡수를 초래하며, 이는 테라헤르츠 출력의 손실 및 테라헤르츠 주파수 스펙트럼의 왜곡을 초래한다.
여기서 개시되는 것은 코히어런트 검출의 대안이며, 이는 가시 또는 근적외선 검출기 또는 어레이가 (i) 광학 또는 근적외선 파장(즉, 약 400 nm 내지 약 3000 nm)으로 이들 이미지의 비선형 광학 업컨버젼 및 (ii) 검출기 또는 어레이를 사용한 업컨버트된 이미지의 검출에 의해서 테라헤르츠 이미지를 습득하는데 사용될 수 있다. 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 발생하고 습득하기 위한 시스템의 예가 도 1 및 도 2에 개략적으로 예시된다. 각각의 예에서, 물체(10)는 λTHz = c/ｖTHz(c는 빛의 속도이다)의 파장에서 테라헤르츠 방사선의 빔(즉, 테라헤르츠 이미징 빔(21))에 의해 비춰진다. 테라헤르츠 이미지는 물체(10)로부터 반사 또는 산란에 의해 또는 물체(10)를 통한 또는 물체 주위로의 투과에 의해 발생될 수 있다. 반사된 또는 투과된 테라헤르츠 이미지 빔(20)은 (도 1 및 도 2에 단일 렌즈로서 도시되며; 테라헤르츠 방사선에 적합한 축외 포물선 반사기 또는 다른 하나 이상의 투과 또는 반사 초점 요소)제1 초점 요소(31)에 의해 수집되며 업컨버팅 비선형 광학 매체(36)로 전달된다. 가시 또는 근적외선 파장(λUC)에서의 업컨버팅 빔(22)은 빔 콤바이너(combiner)(34)에 의해 테라헤르츠 이미지 빔(20)과 (보통 실질적으로 동일선상으로)조합되며; 빔 콤바이너는 임의의 적합한 타입 또는 구성(예를 들어, 페리클(pellicle))일 수 있으며, 테라헤르츠 이미지 빔(20)(도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은)을 투과시키는 동안 업컨버팅 빔(22)을 반사시킬 수 있거나 테라헤르츠 이미지 빔(20)(도시 않음)을 반사시키는 동안 업컨버팅 빔(22)을 투과시킬 수 있다.
테라헤르츠 이미지 빔(20) 및 업컨버팅 빔(22)은 하나 이상의 업컨버트된 이미지 빔(24)이 테라헤르츠 이미지 빔(20)과 업컨버팅 빔(22) 사이의 비선형 광학 상호작용(합-주파수 또는 차-주파수 발생; 각각 SFG 또는 DFG)에 의해 생성되는 업컨버팅 비선형 광학 매체(36)를 통해 동시 전파된다. 업컨버팅 빔(22)으로부터의 잔류 방사선은 하나 이상의 파장 의존형 필터(38) 또는 하나 이상의 편광기(39)(이미지 필터링 요소를 공동으로 구성하는)에 의해 감쇠 또는 차단된다. 하나 이상의 업컨버트된 이미지 빔(24)은(1/λDFG = 1/λUC - 1/λTHz 또는 1/λSFG = 1/λUC + 1/λTHz에서) 제2 초점 요소(32)(도 1 및 도 2에 단일 렌즈로서 도시되며; 업컨버트된 이미지 빔(들)의 파장(들)에 적합한 임의의 하나 이상의 투과 또는 반사 초점 요소가 사용될 수 있다)에 의해 수집되며 업컨버팅 이미지의 검출을 위한 가시 또는 근적외선 검출기 어레이(40)로 전달된다. 테라헤르츠 이미지 빔(20)으로부터의 임의의 잔류 방사선이 검출기 어레이(40)에 도달하는지의 여부는 크게 무관한데, 이는 테라헤르츠 방사선이 통상적으로 가시 또는 근적외선 검출기 어레이(40)에 대해 식별 가능한 효과를 갖지 않기 때문이다. 그러나 검출기 어레이(40)는 업컨버팅 빔(22)으로부터의 잔류 방사선에 민감하며; 검출기 어레이(40)에 도달하는 임의의 이와 같은 잔류 업컨버팅 방사선은 하나 이상의 업컨버트된 이미지 빔(24)(아래에서 추가로 논의됨)의 검출을 위한 바람직하지 않은 백그라운드 신호를 나타낸다.
검출기 어레이(40)는 예에 도시되고 설명되며, 검출기 어레이의 다중 대응 검출기 요소에 업컨버트된 이미지 빔의 상이한 공간 부분을 동시에 수용함으로써 전체 이미지의 습득을 가능하게 한다. 그러나 본 개시 또는 첨부된 청구범위는 또한, 단일 검출기 요소에 업컨버트된 이미지 빔의 상이한 공간 부분을 순차적으로 수용하도록 업컨버트된 이미지 빔을 가로질러 스캐닝되는 단일 검출기 요소의 사용을 포함할 수 있다.
제1 초점 요소(31)의 유효 초점 길이(예를 들어, 단일 렌즈 또는 단일 곡선 미러의 초점 길이, 또는 다성분 초점 요소의 유효 초점 길이)는 f 1 이며; 제2 초점 요소(32)의 유효 초점 길이는 f 2 이다. 도 1의 구성에서, 물체(10)와 제1 초점 요소(31) 사이의 거리는 d o1 이며, 제1 초점 요소(31)와 비선형 광학 매체(36) 사이의 거리는 d i1 이며, 물체(10), 제1 초점 요소(31), 및 비선형 광학 매체(36)는 1/d o1 + 1/d i1 = 1/f 1 이 되도록 위치되며, 즉 물체(10) 및 비선형 광학 매체(36)는 물체(10)의 테라헤르츠 이미지가 -d i1 /d o1 의 배율로 비선형 광학 매체(36)에 형성되도록 초점 요소(31)에 의해 형성되는 켤레면(conjugate planes)에 위치된다. 그 테라헤르츠 이미지는 비선형 광학 매체(36)에서 업컨버팅 빔(22)에 의해 SFG 또는 DFG에 의해 업컨버트된다. 비선형 광학 매체(36)와 제2 초점 요소(32) 사이의 거리는 d o2 이며, 제2 초점 요소(32)와 검출기 어레이(40) 사이의 거리는 d i2 이며, 비선형 광학 매체(36), 제2 초점 요소(32) 및 검출기 어레이(40)는 1/d o2 + 1/d i2 = 1/f 2 이 되도록 위치되며, 즉 비선형 광학 매체(36) 및 검출기 어레이(40)는 비선형 광학 매체(36)에서 발생되는 업컨버트된 이미지가 -d i2 /d o2 의 배율로 검출기 어레이(40)에 리이미지(reimaged)되도록 초점 요소(32)에 의해 형성되는 켤레면에 위치된다. 물체(10)에 대한 검출기 어레이(40)에 형성되는 이미지의 전체 배율은 (d i1 · d i2 )/(d o1 · d o2 )이다.
도 2의 구성에서, 물체(10)과 제1 초점 요소(31) 사이의 거리는 f 1 이며, 제1 초점 요소(31)와 비선형 광학 매체(36) 사이의 거리도 또한 f 1 이다. 결과적으로, 테라헤르츠 이미지의 공간 푸리에 변환이 비선형 광학 매체(36)에 형성되며; 이는 테라헤르츠 이미지의 업컨버트된 공간 푸리에 변환(들)을 발생하기 위해서 비선형 광학 매체(36)에서 업컨버팅 빔(22)에 의해 SFG 또는 DFG에 의해 업컨버트되는 공간 푸리에 변환이다. 비선형 광학 매체(36)와 제2 초점 요소(32) 사이의 거리는 f 2 이며, 제2 초점 요소(32)와 검출기 어레이(40) 사이의 거리도 또한 f 2 이다. 결과적으로, 업컨버트된 이미지는 비선형 광학 매체(36)에서 발생되는 업컨버트된 공간 푸리에 변환으로부터 검출기 어레이(40)에 형성된다. 물체(10)에 대한 검출기 어레이(40)에 형성되는 이미지의 전체 배율은 -(λUC · f 2 )/(λTHz · f 1 )이다. 도 2의 구성은 몇몇 경우에서, 종종 d i1 +d i2 +d o1 +d o2 이 2·(f 2 +f 1 )보다 더 크기 때문에, 이미지 언컨버젼 시스템의 더욱 소형화 배열을 유도할 수 있다.
임의의 실제 시스템에서 물체(10), 초점 요소(31,32), 비선형 광학 매체(36), 또는 검출기 어레이(40)는 전술한 두 개의 구성에 대해 주어진 정확한 위치에서 벗어날 수 있다. 본 개시 또는 첨부된 청구범위의 목적을 위해서, 주어진 이미징 배열은 업컨버트된 이미지가 주어진 용례에 충분히 양호한 품질로 검출기 어레이(40)에 형성된다면 이들 구성 중 하나를 따르도록 고려되어야 한다.
전술한 두 개의 구성 중 어느 하나에서, 업컨버팅 초점 요소(33)는 테라헤르츠 이미지 빔(20)과 상호작용하도록 업컨버팅 빔(22)을 비선형 광학 매체(36)로 운반한다. 업컨버팅 빔(22)은 바람직하게, 전체 테라헤르츠 이미지 빔(20)을 여전히 공간적으로 실질적으로 중첩시키고 테라헤르츠 이미지 또는 푸리에 변환의 공간적 범위를 가로지르는 충분히 작은 공간 세기 변동을 나타내면서, (업컨버팅 빔의 증가된 세기는 증가된 업컨버젼 효율을 초래하는 것에 대한) 비선형 광학 매체(36)에 실현 가능한 한 작게 만들어진다. 이들 목적을 위해서, 통상적으로 초점 요소(33)(예를 들어, 단일 렌즈, 단일 곡선 미러, 망원경, 또는 하나 이상의 투과 또는 반사 초점 성분의 적합한 조합)가 비선형 광학 매체(36)에 업컨버팅 빔(22)의 상대적으로 부드럽게 초점 맞춰지는 빔 웨이스트(beam waist)를 형성하도록 배열된다. 예를 들어, 초점 요소(33)는 비선형 광학 매체(36)에 약 7 mm 폭(반치전폭(full width at half maximum), 즉 FWHM)의 빔 웨이스트를 생성하도록 배열될 수 있으며; 다른 적합한 폭이 사용될 수 있다. 너무 작은 업컨버팅 빔 크기의 효과는 이미징 시스템의 구성에 의존한다. 도 1의 구성에서, 작은 업컨버팅 빔(22)은 테라헤르츠 이미지의 주변 부분이 업컨버트되지 않으면 업컨버트된 이미지의 주변 부분의 손실을 초래할 수 있다. 도 2의 구성에서, 테라헤르츠 이미지의 커다란 웨이브벡터 성분(즉, 공간 푸리에 변환의 주변 부분)이 업컨버트되지 않으면 작은 업컨버팅 빔(22)은 업컨버트된 이미지의 선명도의 손실을 초래할 수 있다. 어느 하나의 구성에서, 업컨버팅 빔(22)의 평탄 파면 또는 균일한 세기로부터 일탈은 통상적으로 허용될 수 있으며, 허용될 수 있는 이와 같은 일탈의 크기는 변할 수 있으며 통상적으로 업컨버트된 이미지에 필요하거나 바람직한 이미지 품질에 의존한다. 위에서 논의된 테라헤르츠 이미지 빔(20)과 업컨버팅 빔(22)의 공간적 중첩 이외에도, 이들 빔의 각각의 펄스 트레인의 실질적인 시간 중첩이 또한, 테라헤르츠 이미지의 업컨버젼의 바람직한 효율을 달성하는데 필요하다. 적합한 지연선(예를 들어, 도 12의 지연선(42))이 테라헤르츠 이미지 빔(20) 또는 업컨버팅 빔(22) 중 하나 또는 둘 다의 빔 경로로 삽입될 수 있으며; 지연선은 업컨버젼 효율의 최적화를 가능하게 하도록 조정될 수 있다.
업컨버팅 빔(22) 및 두 개의 업컨버트된 이미지 빔(24)의 파장 스펙트럼의 예가 도 3a 내지 도 3d에 도시된다. 각각의 예에서, 업컨버트된 이미지 빔(24)은 테라헤르츠 이미지 빔(20)(
에 중심이 있는)과 업컨버팅 빔(22)(도 3a에서 
에 중심이 있고; 도 3b 내지 도 3d에서 
에 중심이 있는) 사이의 합-주파수와 차-주파수 발생(각각 SFG 및 DFG)에 의해 비선형 광학 매체(36)에 형성된다. SFG 및 DFG 비선형 광학 프로세스의 성질에 따라서, 몇몇 경우에서 단지 이들 프로세스 중에 하나만이 대응하는 업컨버트된 이미지 빔(24)을 생성할 것이다.
도 3a의 예에서, 업컨버팅 빔(22)은 
에 중심이 있는 약 15 nm의 대응하는 스펙트럼 대역폭을 갖는 지속시간에서 약 100 fs의 펄스 트레인을 포함한다. 업컨버트된 이미지 빔(24)은 유사한 스펙트럼 대역폭을 갖는 
및 
의 대응하는 중심 파장을 가진다. 이와 같은 예에서 업컨버트된 이미지 빔(24)은 비선형 광학 매체(36)의 SFG 및 DFG용으로 사용되는 비선형 광학 프로세스(예를 들어, 타입 및 타입 비선형 광학 프로세스)의 성질로 인해 업컨버팅 빔(22)에 대해 직각으로 편광된다. 더 짧은 펄스 지속시간(ca. 100 fs)은 SFG 및 DFG 프로세스의 효율을 개선하지만, 수반되는 더 큰 대역폭(ca. 15 nm)은 업컨버팅 빔(22)과 업컨버트된 이미지 빔(24)의 실질적인 스펙트럼 중첩을 야기한다. 그러한 중첩 때문에, 파장 의존형 필터(38)는 통상적으로 잔류 업컨버팅 빔(22)을 감쇠시키기 위한 이미지 필터링 요소의 일부로서 사용될 수 없다. 업컨버팅 빔(22)과 업컨버트된 이미지 빔(24)의 직각 편광은 잔류 업컨버팅 빔(22)을 감쇠시키기 위한 이미지 필터링 요소로서 편광기(39)의 사용을 가능하게 한다. 그러나 편광기는 차단 편광 상태에 대해 기껏해야 약 10-6(10-4 내지 10-5가 더 현실적임)의 감쇠를 나타낼 것이며 잔류 업컨버팅 빔(22)은 통상적으로 비선형 광학 매체(36) 및 다양한 다른 광학 성분의 통과로 인해 순수한 선형 편광 상태가 아니다. 편광기(39)를 통해 누출되는 잔류 업컨버팅 빔(22)의 일부분은 종종 업컨버트된 이미지 빔(24)보다 실질적으로 더 강력할 수 있다. 또한, 테라헤르츠 이미지 빔(20)의 넓은 광학 주파수 대역폭은 전술한 바와 같이, 특정 주파수 성분에 대한 상당한 대기 흡수를 겪는다. 이들 모든 이유로, 이와 같은 짧은 지속시간(대응하는 커다란 스펙트럼 대역폭에서 수백 펨토초 또는 그보다 더 짧은)의 펄스는 테라헤르츠 이미지의 업컨버젼에 특히 제대로 적합하지 않다.
다양한 다른 이전의 예(위에서 인용된 Khan 등, Nahata 등, Cao 등, 및 Ding 등의 문헌에 개시된 것; 
및 
nm를 갖는 도 3b에 도시된 대표적인 스펙트럼)에서, 테라헤르츠 빔 및 업컨버팅 빔은 대응하는 좁은 스펙트럼 대역폭(예를 들어, 0.1 < nm)을 갖는 지속시간에 수 나노초(ns)인 펄스를 포함하며, 이는 파장 의존형 필터가 업컨버트된 신호의 검출 이전에 잔류 업컨버팅 방사선을 감쇠시키기 위한 이미지 필터링 요소에 사용될 수 있게 한다. 그러나 더 긴 펄스는 테라헤르츠 이미지의 검출 가능한 업컨버젼을 달성하기 위해 비선형 광학 매체(36)의 손상 문턱값에 가까운 업컨버팅 빔의 펄스 에너지를 요구한다. 이와 같은 펄스 에너지는 통상적으로, 단지 낮은 반복률(예를 들어, 10 ㎐ 정도의 펄스 반복률) 펄스 레이저에만 이용될 수 있으나, 펄스-대-펄스 변동은 업컨버트된 이미지의 소신호 레벨의 검출을 방해하는 경향이 있다. 대부분의 검출기 어레이는 이와 같이 낮은 반복률에서 아주 낮은 평균 전력에 민감하다. 반복률은 또한 근-실시간 비디오 이미징을 위한 바람직한 프레임율에 필적하며 따라서 그러한 적용에 적합하지 않으며; 비디오-비율 이미징은 프레임 당 단일 샷을 요구할 수 있다. 또한, 업컨버팅 빔은 통상적으로, 업컨버트된 이미지의 검출을 가능하게 하기 위해서 바람직한 DFG 파장의 방사선을 포함해야 하며, 이는 그러한 검출을 (예를 들어, Cao 등의 문헌에서처럼)본질적으로 논제로-백그라운드 프로세스(nonzero-background process)로 만든다. 모든 이들 이유로, 이와 같은 긴 지속시간(대응하는 좁은 스펙트럼 대역폭에서 수백 나노초 이상)의 펄스 및 이와 같은 큰 펄스 에너지는 테라헤르츠 이미지의 업컨버젼에 특히 제대로 적합하지 않다.
본 개시에 따른 본 발명의 예(도 3c)에서, 테라헤르츠 이미지 빔(20) 및 업컨버팅 빔(22)은 지속시간이 약 6 내지 10 피코초(ps; FWHM)인 펄스 트레인을 포함하며, 업컨버팅 빔은 대역폭이 약 0.3 nm(FWHM)이며, 테라헤르츠 이미지 빔은 그의 주파수 스펙트럼이 유사하게 좁으며(예를 들어, 약 1.55 THz에 중심이 있는 100 ㎓(FWHM) 미만이며, 따라서 대기 흡수 대역을 실질적으로 피할 수 있게 한다); 이들 펄스 트레인의 발생은 아래에서 더 설명된다. 
에 중심이 있는 업컨버팅 빔(22)에 대해서, 업컨버트된 이미지 빔(24)은 
및 
의 대응하는 중심 파장 및 유사한 좁은 스펙트럼 대역폭을 가진다. 이전의 예에서처럼, 업컨버트된 이미지 빔(24)은 비선형 광학 매체(36)에서 SFG 및 DFG용으로 사용되는 비선형 광학 프로세스(예를 들어, 타입 및 타입 비선형 광학 프로세스)의 성질로 인해 업컨버팅 빔(22)에 대해 직각으로 편광된다. 업컨버팅 빔(22) 및 업컨버트된 이미지 빔(24)의 직각 편광은 잔류 업컨버팅 빔(22)을 감쇠시키기 위한 이미지 필터링 요소에 편광기(39)의 사용을 가능하게 한다. 도 3a의 예와 관련하여 더 긴 펄스는 SFG 및 DFG 프로세스의 감소된 피크 세기와 감소된 효율을 초래하지만, 이들 프로세스는 도 3b의 예에서보다 훨씬 더 효율적이다. 그러나 대응하는 더 작은 스펙트럼 대역폭은 업컨버팅 빔(22)과 업컨버트된 이미지 빔(24)의 스펙트럼 중첩을 실질적으로 제거하며, 이는 잔류 업컨버팅 빔(22)을 감쇠시키기 위해서 편광기(39) 대신에 또는 편광기 이외의 이미지 필터링 요소에 하나 이상의 파장 의존형 필터(38)의 사용을 가능하게 한다. 하나 이상의 파장 의존형 필터(38)와 편광기(39)의 조합은 대략 10-10 정도 그리고 아마도 10-12 만큼의 잔류 업컨버팅 빔(22)의 감쇠를 야기하며, 이는 위에서 설명되고 인용 문헌에서의 이전에 사용된 방법에 대해 실질적으로 더 높은 신호-대-백그라운드를 야기할 수 있다(도 3e의 스펙트럼 및 도 4의 표 참조). 대안으로, 업컨버트된 이미지 빔(24)과 업컨버팅 빔(22)의 스펙트럼 중첩의 결핍은 이미지 필터링 요소로부터 편광기(39)의 제거를 가능하게 하며 비선형 광학 매체(36)에서 대안으로, 잠재적으로 더 효율적인 비선형 광학 프로세스, 예를 들어 모든 편광이 서로 평행한 타입 0 비선형 광학 프로세스의 사용을 가능할 수 있게 한다. 펄스 지속시간은 또한 수 밀리미터 정도의 공간 해상도를 갖는 샘플의 상이한 깊이에서 생기는 이미지를 습득하기 위해서 테라헤르츠 이미지 습득이 테라헤르츠 단층촬영 기술과 조합될 수 있게 한다.
본 발명에 따른 다른 본 발명의 예(도 3d)는 사용된 펄스가 약 1 nm(FWHM)의 대역폭에서 지속시간(FWHM)이 약 1 내지 2 ps인 것을 제외하면, 도 3c의 것과 유사하다. 이들 파라미터는 테라헤르츠 이미지 업컨버젼의 효율(더 짧은 펄스 지속시간으로 인해 더 높은 세기)을 증가시키는 동시에 잔류 업컨버팅 빔의 유효 파장-기반 필터링을 여전히 가능하게 한다. 더 짧은 펄스 지속시간은 또한 테라헤르츠 이미지 습득이 샘플 내의 상이한 깊이로부터 생기는 이미지를 습득하기 위해서 테라헤르츠 단층촬영 기술과 조합될 때 개선된 공간 해상도(예를 들어, 밀리미터 정도의)을 가능하게 한다.
다른 본 발명의 예에서, 테라헤르츠 이미지 빔은 (대기 흡수 대역의 실질적인 회피를 가능하게 하는)이전 예들 중 하나와 유사한 스펙트럼 폭을 갖는 약 0.85 THz에 중심이 있을 수 있다. 업컨버팅 빔이 유사한 스펙트럼 폭에서 약 
에 중심이 있다면, 업컨버트된 이미지 빔은 
및 
의 대응하는 중심 파장 및 유사한 스펙트럼 폭을 가질 것이다. 업컨버팅 빔과 업컨버트된 이미지 빔 사이의 더 작은 스펙트럼 분리는 업컨버팅 빔의 적절한 감쇠를 위해 개선된 스펙트럼 필터링을 요구할 수 있다.
임의의 적합한 비선형 광학 매체(36)가 업컨버트된 이미지 빔(들)(24)을 발생하기 위해서 사용될 수 있다. 하나의 적합한 매체는 두 개 이상의 광학적으로 접촉된 갈륨 비소(GaAs) 또는 갈륨 인(GaP) 판의 스택(stack)을 포함한다. 판의 두께는 하나 이상의 업컨버트된 이미지 빔(24)에 대한 테라헤르츠 이미지 빔(20)의 업컨버팅 빔(22)에 의한 준-위상-정합 업컨버젼(quasi-phase-matched upconversion)을 초래하도록 선택된다. 일 예에서, 각각 약 300 ㎛ 두께의 6 내지 12 GaAs 판의 스택이 타입 또는 타입 Ⅱ 비선형 광학 프로세스(즉, 업컨버트된 빔(들)(24)의 편광에 실질적으로 직각인 업컨버팅 빔(22)의 편광)를 사용하여 약 1.55 THz의 테라헤르츠 이미지 빔(20) 및 약 1064 nm에서의 업컨버팅 빔(22)으로부터 1058 nm 및 1070 nm의 업컨버트된 이미지 빔(24)을 생성하는 데 사용될 수 있다. 더 많은 판은 더 높은 업컨버젼 효율을 초래하지만, 충분히 높은 광학 품질을 유지하는 어려움은 판의 수의 증가에 따라 증가한다. 다른 판 두께가 테라헤르츠 주파수와 업컨버팅 파장의 다른 조합을 위해 사용될 수 있다. 임의의 다른 적합한 비선형 광학 재료(들)가 사용될 수 있으며, 임의의 다른 적합한 위상-정합 또는 준-위상-정합 방법이 사용될 수 있으며, 임의의 적합한 비선형 광학 프로세스, 예를 들어 타입 0, 타입 또는 타입 등이 사용될 수 있다.
매체(36)에서의 비선형 광학 프로세스가 단지 하나의 업컨버트된 이미지 빔(24)을 생성하거나, 단지 하나의 다중 업컨버트된 이미지 빔(24)이 검출기 어레이(40)에서 검출되는 것이 바람직하다면, 하나의 업컨버트된 이미지 빔의 적어도 일부분이 (스펙트럼적으로) 검출기(40)에 도달하는 것을 가능하게 하면서 업컨버팅 빔(22)을 감쇠 또는 차단하는 숏-패스 컷오프 필터(short-pass cutoff filter) 또는 롱-패스 컷오프 필터(38)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 3c 및 도 3d에 도시된 예시적인 스펙트럼에 대해서, 1064 nm 내지 1070 nm의 컷오프 파장을 갖는 롱-패스 필터(38)가 사용될 수 있으며 그 롱-패스 필터는 1064 nm에서의 잔류 업컨버팅 빔(22)과 1058 nm(존재한다면)에서의 업컨버트된 이미지 빔(24)을 감쇠하거나 차단할 것이지만, 1070 nm에서의 업컨버트된 이미지 빔(24)의 적어도 일부분을 검출기 어레이(40)로 투과시킬 것이며; 이와 같은 배열에 의해 투과되는 스펙트럼의 예가 도 3e에 도시된다. 유사하게, 1058 nm 내지 1064 nm의 컷오프 파장을 갖는 숏-패스 필터(38)는 1058 nm에서의 업컨버트된 이미지 빔이 검출기 어레이(40)에 도달될 수 있게 하는 동시에 1064 nm에서의 잔류 업컨버팅 빔(22)과 1070 nm(존재한다면)에서의 업컨버트된 이미지 빔(24)을 감쇠하거나 차단하는데 사용될 수 있다.
다른 예에서, 1064 nm에 공칭 중심이 있는 소위 노치 필터(notch filter)(38)(예를 들어, 브래그(Bragg) 필터)가 잔류 업컨버팅 빔(22)을 감쇠하거나 차단하는데 사용될 수 있는 동시에 두 업컨버트된 빔(24)의 적어도 일부분(스펙트럼적으로)이 검출기(40)에 도달될 수 있게 한다. 실제로, 도 3c 또는 도 3d에 도시된 파장의 특정 조합에 적합한 노치 필터는 업컨버팅 빔(22)과 업컨버트된 이미지 빔(24) 사이에 충분한 구별을 제공할 수 없으며, 즉 현재, 잔류 업컨버팅 빔(22)의 충분한 감쇠와 이들 파장에서 업컨버트된 이미지 빔(24)의 충분한 투과 모두를 나타내는 이와 같은 노치 필터를 설계하고 제작하는 것은 어렵다. 또한, 업컨버팅 빔(22)의 소스의 성질에 따라서, 그의 스펙트럼은 몇몇 경우에 과도한 대역폭 또는 원하지 않는 측파대(sidebands)를 나타낼 수 있으며, 그러한 이슈는 몇몇 경우에 업컨터팅 빔(22)의 스펙트럼을 일소(clean up)시키기 위한 
에 중심이 있는 대역통과 필터의 사용에 의해 완화될 수 있다. 임의의 경우에, 현재 이용 가능한 노치 필터는 파장의 다른, 더 넓게 분리된 조합에 적합하게 사용될 수 있거나, 개선된 설계와 성능의 미래의 노치 필터가 도 3c 또는 도 3d의 파장의 조합으로 사용될 수 있다.
단지 하나의 업컨버트된 이미지 빔(24)이 검출기 어레이(40)에서 습득될지라도 DFG 업컨버트된 이미지 빔(24)을 생성하는 것이 유리할 수 있다는 것에 주목해야 한다. 각각의 SFG 광자가 테라헤르츠 이미지 빔(20)으로부터 손실된 대응하는 테라헤르츠 광자의 희생으로 생성되며; 따라서 SFG 업컨버트된 이미지 빔(24)의 세기는 테라헤르츠 이미지 빔(20)에 이용될 수 있는 광자의 수에 의해 제한된다. 대조적으로, 업컨버트된 이미지 빔(24)에서 생성되는 각각의 DFG 광자는 또한 테라헤르츠 이미지 빔(20)에서 생성되는 새로운 광자를 초래한다. 따라서 DFG 업컨버트된 이미지 빔(24)의 세기는 업컨버팅 빔(22)에 이용될 수 있는 광자의 (훨씬 더 큰)수에 의해 제한된다. 결과적으로, 단지 하나의 업컨버트된 이미지가 습득될 것이라면, 그 업컨버트된 이미지를 발생하는데 DFG를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, DFG 업컨버트된 이미지 빔(24)의 발생은 SFG를 위한 테라헤르츠 이미지 빔(20)에 추가의 광자를 이용할 수 있게 한다. DFG 업컨버트된 이미지 빔(24)이 필터(38)에 의해 감쇠되거나 차단되고 단지 SFG 업컨버트된 이미지 빔(24)이 검출기 어레이(40)에 도달하더라도, DFG 업컨버트된 이미지 빔(24)의 발생은 SFG 업컨버트된 이미지 빔(24)의 검출 세기를 증가시킬 수 있다.
이전 문단에서 설명된 동시 SFG 및 DFG는 단지 특정 조건하에서만 생긴다는 것에 주목해야 한다. 여기서 설명된 예에서, 준-위상-정합 SFG 및 DFG 프로세스의 허용 대역폭은 양 프로세스가 도 3c 및 도 3d의 예에 도시된 
, 및 
의 조합을 위한 거의 최적 효율로 발생할 수 있을 정도로 충분히 크다. 더 넓게 분리된 SFG 및 DFG 파장에 대해서(즉, 더 높은 테라헤르츠 주파수에 대해서), 또는 더 작은 허용 대역폭을 갖는 비선형 광학 매체에 대해서, 양 SFG 및 DFG 업컨버트된 이미지 빔(24)을 생성하는 것은 가능하지 않을 수 있다.
(i) 테라헤르츠 이미지 빔(21)을 생성하는 데 사용된 피코초-지속시간 펄스형 테라헤르츠 방사선을 생성하고, (ii) 피코초-지속시간 펄스형 업컨버팅 빔(22)을 생성하기 위해 임의의 적합한 소스(들)가 사용될 수 있다. 분리 소스가 사용되면, 이들은 업컨버트된 이미지 빔(들)(24)을 생성하기 위해서 비선형 광학 매체(36) 내의 이들 피코초-지속시간 펄스의 일시 중첩을 가능하게 하도록 충분히 양호하게 동기화되어야 한다. 바람직한 접근법은 양 테라헤르츠 및 업컨버팅 방사선을 위한 공통 소스의 사용을 포함하며; 그 경우에 테라헤르츠 및 업컨버팅 펄스는 본질적으로 동기화된다. 예가 아래에서 설명된다.
도 5는 테라헤르츠 및 업컨버팅 빔(20,22)의 공통 소스의 예를 개략적으로 예시하며; 그 소스는 연속파(cw) 모드로크된(modelocked) 섬유 레이저(200)(펌프 레이저(200))에 의해 펌핑되고 테라헤르츠 방사선을 발생하기 위한 공동내 비선형 광학 매체(150)를 포함하는 동기 펌프식 광학 파라미터식 발진기(100)(OPO(100))를 포함한다. 이와 같은 시스템의 예는 상업적으로 이용 가능하거나(예를 들어, 마이크로테크 인스트루먼츠 인코포레이티드(Microtech Instruments Inc.)로부터 이용 가능한 모델 번호. TPO-1500-HP), 위에서 인용한 여러 문헌(예를 들어, 특허 제7,349,609호, 특허 제8,599,474호, 특허 제8,599,475호, 및 특허 제8,599,476호, 이들 각각은 그 전체가 참조로 본 발명에 포함됨)에 개시되어 있다. TPO-1500-HP는 아래에서 설명되나, 여기에 개시된 시스템 및 방법은 테라헤르츠 소스의 용도로 제한되지 않는다.
cw 모드로크된 섬유 레이저(200)(즉, 펌프 레이저(200))는 1064 nm의 파장에서 약 10 W의 평균 전력을 생성하며; 그의 출력은 약 110 ㎒의 반복률에서 지속시간이 약 6 ps인 펄스 트레인을 포함한다. 펌프 출력 전력의 분율(예를 들어, 약 100 mW, 원한다면 예를 들어, 도 12에서처럼 파장판(202) 및 편광 빔 스플리터(204)를 사용함으로써 조절 가능함)은 분리되고 업컨버팅 빔(22)으로서 사용될 수 있다. 대부분의 펌프 출력 전력은 약 2100 nm 범위에서 높은 반사성을 가지는 캐비티 미러(cavity mirror)(M1 내지 M6)를 갖는 링 캐비티로서 배열되는 OPO(100)을 동시에 펌핑하는 데 사용되며; OPO 공진기는 필요에 따라 또는 원하는 대로 추가의 광학 요소(예를 들어, 1.55 THz의 자유 스펙트럼 범위를 갖는 공동내 에탈론(etalon)(120))를 포함할 수 있다. 임의의 적합한 방식으로 배열되는 임의의 적합한 비선형 광학 재료는 OPO(100)을 위한 파라미터식 이득 매체(110)로서의 기능을 할 수 있다. TPO-1500-HP에서 파라미터식 이득 매체(110)는 1064 nm의 펌프 방사선을 각각 약 2116 nm 및 약 2140 nm의 신호 및 유휴 방사선(idler radiation)으로의 타입 0 준-위상-정합(QPM) 파라미터식 다운 컨버젼을 위해 배열되는 주기적으로-전극 연결되는 리튬 니오베이트(periodically-poled lithium niobate)이다.
공동내 비선형 광학 매체(150)는 신호 방사선과 유휴 방사선 사이에 타입 QPM 차주파수 발생을 위해 배열되는 2개 이상의 광학 접촉식 갈륨 비소 판의 스택을 포함하며, 이는 약 100 ㎓의 대역폭을 갖는 약 1.55 THz의 테라헤르츠 방사선을 생성한다. 통상적으로 6 내지 12 이상의 광학 접촉식 GaAs 판이 사용되며; 더 많은 판은 더 높은 테라헤르츠 발생 효율을 생성하나 그 스택은 충분한 광학적 품질을 유지하면서 제작하는 것을 더 어렵게 한다. 각각의 GaAs 판은 약 550 ㎛의 두께이며 바람직한 테라헤르츠 주파수와 신호 및 유휴 파장(본 예에서 각각, 1.55 THz, 2116 nm, 및 2140 nm)에서 준-위상-정합을 달성하기 위해서 스택 내의 인접 판에 대해 전파 축을 중심으로 180°회전된 그의 결정 축을 가진다. 스택은 수직 입사로 지향되며 OPO 공진기 캐비티에서의 삽입 손실을 감소시키기 위해서 그의 제1 및 제2 표면에 반사방지 코팅된다. 테라헤르츠 방사선은 OPO 캐비티로부터 공진 신호 및 유휴 빔(108)의 통행을 허용하기 위한 홀을 가지는 축외 포물선 미러(130)에 연결된다. 테라헤르츠 출력은 110 ㎒의 반복률에서 지속시간이 약 6 내지 10 ps이고 약 300 ㎼의 평균 전력 및 약 400 ㎽의 피크 전력을 갖는 펄스 트레인을 포함한다. 테라헤르츠 출력 빔은 테라헤르츠 이미징 빔(21)으로서 사용되며 물체(10)를 통한 또한 물체 주위로의 투과 이후 또는 물체(10)로부터의 반사 또는 산란 이후에 테라헤르츠 이미지 빔(20)이 된다. 다음의 예에서, 업컨버트된 이미지 신호가 포화의 증거 없이, 테라헤르츠 이미징 빔 전력 및 업컨버팅 빔 전력에 따라 실질적으로 선형적으로 변하는 것이 관찰되었다.
이는 업컨버트된 이미지 신호의 추가 증가가 테라헤르츠 및 업컨버팅 빔 전력을 추가로 증가시킴으로써 달성될 수 있음을 제안한다. 평균 테라헤르츠 및 업컨버팅 빔 전력 그리고 고-펄스 반복률은 근-실시간 테라헤르츠 이미징, 예를 들어 약 5 내지 30 FPS 이상의 프레임율에서 비디오-비율 테라헤르츠 이미징을 가능하게 한다.
전술한 테라헤르츠 소스는 1064 nm에서 가장 풍부한 과도한 방사선을 제공할 수 있으며; 그 파장 영역에서 민감한 검출기 어레이의 이용 준비를 하며, 많은 예에서 업컨버팅 빔(22)의 파장(
)에 대해 1064 nm를 자연스럽게 선택하게 한다. 그러나 다른 예에서, OPO(100)에 의해 생성되는 2100 nm에 가까운 신호 또는 유휴 방사선(또는 둘 다)이 업컨버팅 빔(22)으로서 사용될 수 있다. 이들 빔은 OPO(100)의 공진기 미러 중의 하나를 신호 및 유휴 파장에 대해 약간 투과성으로 만듦으로써 용이하게 제공될 수 있다. 갈륨 비소는 몇몇 경우에 비선형 광학 매체(36)로 입사되는 업컨버팅 빔(22)의 피크 세기를 제한할 수 있는, 1064 nm에서의 무시할 수 없는 2-광자 흡수를 나타내며; 2100 nm 방사선의 상당한 2-광자 흡수는 존재하지 않는다. 비선형 광학 매체(36)는 비선형 광학 매체(150)의 것과 실질적으로 동일한 GaAs 판을 사용하여 만들어질 수 있다. 신호 또는 유휴 파장은 이미 전술한 바와 같이, SFG, DFG 또는 둘 다를 사용하여 업컨버팅 빔(22)으로서 단독으로 사용될 수 있다. 약 2116 nm의 신호 파장이 사용되면, SFG는 약 2094 nm에서 업컨버트된 이미지를 초래하고 DFG는 약 2140 nm에서 업컨버트된 이미지를 초래하며; 약 2140 nm의 유휴 파장이 사용되면 SFG는 약 2116 nm에서 이미지를 초래하고 DFG는 약 2164 nm에서 업컨버트된 이미지를 초래한다. 1064 nm 업컨버팅 빔(22)을 사용하여 SFG 및 DFG 이미지 업컨버젼을 위해 위에서 논의된 많은 동일한 이슈(예를 들어, 파장 또는 편광에 근거한 필터링)가 적용된다. 업컨버팅 빔(22)을 위해 신호 및 유휴 파장 모두를 동시에 사용하는 것은 양 파장의 존재로 테라헤르츠 이미지 빔(24)을 증폭하는 역할을 할 수 있는 추가의 장점을 제공할 수 있으며, 즉 약 2140 nm의 유휴 파장의 업컨버팅 빔(22)의 존재로 DFG 프로세스를 크게 개선하며, 이에 의해서 업컨버팅 빔(22)으로부터 손실되는 약 2116 nm의 각각의 단일 광자가 테라헤르츠 이미지 빔(20)에 새로운 테라헤르츠 광자를 초래한다. 업컨버트된 이미지 빔(24)은 약 2094 nm 및 약 2164 nm 모두에서 생성된다. 전술한 바와 같이, 파장 또는 편광에 기초한 필터링 이슈는 이와 같은 시나리오에도 또한 적용될 것이다.
도 6a 내지 도 6c는 테라헤르츠 이미지의 업컨버젼을 사용하여 (투과 중에, 물체(10)로서) 이미지화 되는 판금 조각 내의 십자형 구멍, 너트 및 면도 날을 각각 도시한다. 도 7a 내지 도 7c는 좌측에 대응하는 로우(raw) 투과되고 업컨버트된 이미지 및 우측에 (물체(10) 없이)업컨버트된 테라헤르츠 이미징 빔(21)이며, 도 8a 내지 도 8c는 대응하는 정규화되고(로우 업컨버트된 이미지 빔을 업컨버트된 테라헤르츠 이미지 빔에 의해 나눔으로써 정규화됨) 업컨버트된 이미지이다. 이들 이미지의 수집을 위한 작동 파라미터는 다음과 같다(단지 예이며; 작동 파라미터의 다른 적합한 조합이 필요에 따라 또는 원하는 대로 사용될 수 있다):
- 업컨버팅 빔(22); 1064 nm에서 약 600 ㎽의 평균 전력; 약 0.15 nm의 스펙트럼 폭; 약 10 ps의 펄스 지속시간; 약 80 ㎒의 반복률; 약 7 mm 직경의 비선형 광학 매체(36)에서의 빔 크기,
- 테라헤르츠 이미징 빔(21): 1.55 THz에서 약 700 ㎼의 평균 전력; 약 80 ㎓의 스펙트럼 폭; 약 8 ps의 펄스 지속시간; 약 80 ㎒의 반복률; 약 20mm 직경의 물체(10)에서의 빔 크기,
- 도 2에서처럼 배열되는: 
- 테라헤르츠 이미지 빔(20): 약 1 mm 직경의 비선형 광학 매체(36)에서의 빔 크기,
- 비선형 광학 매체(36); 각각 약 300 ㎛ 두께인 6개의 GaAs 판의 스택,
- 편광기(39): Glan 레이저 편광기; 적어도 10-4에서 소멸; 몇몇 경우에 아마도 10-5만큼 양호함,
- 필터(38); 롱-패스 필터; 1064 nm에서 약 6의 OD; 1070 nm에서 0.1 미만의 OD,
- 검출기 어레이(40): CMOS 검출기 어레이(
); 1280?1024 픽셀; 센서 면적 8.69 mm × 5.43 mm; 픽셀 크기 5.3 ㎛, 제곱.
도 9a 내지 도 9c는 테라헤르츠 이미지의 업컨버젼을 사용하여 (투과 중에; 물체(10)로서)이미지화 되는 접착 테이프에 의해 덮인 면도날, 잎, 및 물을 갖는 종이 조각을 각각 도시한다. 도 10a 내지 도 10c는 대응하는 로우 투과되고 업컨버트된 이미지이며 도 11a 내지 도 11c는 대응하는 정규화되고(로우 업컨버트된 이미지 빔을 업컨버트된 테라헤르츠 이미지 빔에 의해 나눔으로써 정규화됨) 투과되고 업컨버트된 이미지이다. 이들 이미지의 수집을 위한 작동 파라미터는 위에서 주어진 것과 유사하며; 작동 파라미터의 다른 적합한 조합을 필요에 따라 또는 원하는 대로 사용될 수 있다. 도 6a 내지 도 8c의 예는 테라헤르츠 방사선에 불투과성인 물체에 대한 투과된 테라헤르츠 이미지의 업컨버젼(즉, 이와 같은 물체에 대한 테라헤르츠 "섀도우(shadows)"의 업컨버젼)을 보여준다. 도 9a 내지 도 11c의 예는 공간적으로 변화하는 테라헤르츠 투과(예를 들어, 잎맥 또는 종이의 젖은 영역)을 갖거나 광학 조명 하에서 구별될 수 없는 특징(예를 들어, 테이프에 의해 가려진 면도날)을 갖는 물체에 대한 투과된 테라헤르츠 이미지의 업컨버젼을 보여준다.
반사되고 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 발생하고 습득하기 위한 시스템의 예가 도 12에 개략적으로 예시된다. 이와 같은 예에서 (본 예에서 업컨버팅 빔(22)의 경로에 있는)지연선(42)은 반사된 테라헤르츠 이미지 빔(20)이 검출을 위해 업컨버트되는 물체(10) 내의 깊이를 선택하는 데 사용될 수 있다. 업컨버팅 빔(22)의 더 긴 지연은 업컨버팅 빔(22)의 펄스와 일시적으로 중첩하는 펄스를 갖는 물체(10) 내의 대응하는 더 큰 깊이로부터 반사되는 테라헤르츠 이미지 빔(22)에 대응한다. 대안으로, 테라헤르츠 이미지 빔(20)의 펄스 트레인과 업컨버팅 빔(22) 사이의 상대적인 지연은 물체(10)를 이동시킴으로써 변할 수 있다. 도 13a는 면도날 테스트 물체에 대한 광학 이미지이다. 도 13b는 면도날에 대한 반사되고 업컨버트된 테라헤르츠 이미지이다. 이들 이미지의 수집을 위한 작동 파라미터는 테라헤르츠 이미징 빔(21)이 45°로 입사되고 테라헤르츠 이미지 빔(20)이 45°로 반사되는 것을 제외하면 위에서 주어진 것과 유사하며; 작동 파라미터의 다른 적합한 조합이 필요에 따라 또는 원하는 대로 사용될 수 있다.
도 12의 반사 배열은 테라헤르츠 방사선을 부분적으로 투과시키는 물체에 대한 3차원(3D) 테라헤르츠 이미지(즉, 단층촬영)를 제공하는데 사용될 수 있다. 테스트 물체는 도 14a에 분해도로 개략적으로 예시되며 알루미늄 미러(50), 두 개의 스페이서 링(52), 두 개의 테프론® 웨이퍼(54), 및 알루미늄 마스크(56)(본 예에서 십자형의 구멍을 갖는)를 포함한다. 테프론® 웨이퍼(54)는 가시 및 근 적외선 광을 차단하며; 스페이서는 미러(50)와 마스크(56)의 반사 표면들 사이의 깊이 차이를 결정한다. 도 14b는 지연선(42)의 상이한 위치에서 습득되는 일련의 반사되고 업컨버트된 테라헤르츠 이미지이다. 테라헤르츠 이미지 빔(20)의 펄스와 업컨버팅 빔(22)의 펄스 사이의 특정한 상대적인 시간 지연의 선택은 물체 내의 대응하는 특정 깊이로부터 반사되는 테라헤르츠 이미지의 선택적인 업컨버젼을 가능하게 한다. 업컨버팅 펄스가 너무 빠르다면(도 14b의 0 mm 프레임) 테라헤르츠 이미지는 업컨버트되지 않으며; 마스크(56)의 반사된 테라헤르츠 이미지는 업컨버팅 펄스가 마스크(56)로부터 반사된 테라헤르츠 펄스를 일시적으로 중첩시킬 때(2, 3, 4 및 5 mm 프레임) 업컨버트되며; 마스크(56)와 미러(50) 사이의 공간에 대응하는 시간 지연(7 mm 프레임)에서 구별 가능한 신호는 거의 업컨버트되지 않으며; 업컨버팅 펄스가 미러(50)로부터 반사되고 마스크(56)에 의해 부분적으로 폐쇄되는 테라헤르츠 펄스를 일시적으로 중첩시킬 때(도 14b에서 8 및 9 mm 프레임) 마스크(56)의 반사된 네거티브 이미지가 업컨버트된다.
테라헤르츠 이미지의 깊이-의존 업컨버젼을 사용한 테라헤르츠 단층촬영은 다양한 세팅에 유용하게 사용될 수 있다. 일 예에서, 이와 같은 시스템은 보안 스캐닝에 사용될 수 있다. 다른 예에서, 종양 절제술 또는 다른 유방 보존 수술 중에 제거된 절제된 유방 조직은 암 조직 대 비-암 조직에 대한 테라헤르츠 영역에서의 상이한 흡수 계수 및 굴절률에 기초한, 암 조직을 둘러싼 비-암 조직의 두께 또는 마진을 신속히 결정하기 위해 조사될 수 있다. 현재, 마진은 완료하는데 통상적으로 적어도 하루가 요구되는 절제된 유방 조직의 조직적합성 조사에 의해 결정된다. 1 내지 2 mm의 마진이 바람직한 것으로 고려되며, 그 미만의 마진은 종종 추가 수술을 요구한다. 깊이-의존 테라헤르츠 이미징을 위한 시스템은 조직 마진의 거의 즉각적인 평가(예를 들어, 수 분 이하 이내에)를 가능하게 하기 위해서 수술실 내에서 또는 그 근처에서 실행될 수 있어서, 추가 조직이 동일한 수술 과정 내에 (부적절한 마진으로 인해 필요하다면)제거될 수 있다. 추가 수술 절차, 부수 비용 및 합병증 위험의 잠재적인 감소가 상당할 수 있다.
여기서 개시된 2D 또는 3D 테라헤르츠 이미징의 무수한 다른 용례가 실행될 수 있다. 테라헤르츠 이미징의 폭넓은 잠재적 용례는 예를 들어, 다양한 센서, 전자기기, 및 디스플레이 요소가 연성 폴리머 재료의 다중 층들 사이에 배열되는 소위 웨어러블 전자기기에 사용되는 다층 구조물의 검사를 포함한다. 예를 들어, 이와 같은 물체에 대한 근-실시간 테라헤르츠 이미징은 제조 라인에 있는 물체의 구조적 결함을 확인하기 위한 산업적 세팅에 사용될 수 있다.
소위 호모다인 검출(homodyne detection)을 사용하여 반사되고 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 발생하고 습득하기 위한 시스템의 다른 예가 도 15에 개략적으로 예시된다. 이전의 예에서, 업컨버트된 테라헤르츠 이미지의 위치 종속 세기는 단지 테라헤르츠 이미지의 세기에만 의존하며, 즉 업컨버트된 이미지의 위치-종속 세기는 이미지의 위치-종속 위상과 실질적으로 무관하다. 이와 같은 예에서, 빔 스플리터(44)는 이미징 테라헤르츠 빔(20)으로부터 테라헤르츠 기준 빔(23)을 분리해내는데 사용된다. 빔 스플리터(44)는 테라헤르츠 기준 빔(23)을 테라헤르츠 이미지 빔(21)과 조합시키며, 그 후에 비선형 광학 매체(36)를 통해 동시 전파된다. 테라헤르츠 기준 빔(23)과 테라헤르츠 이미지 빔(21)의 상대 위상은 예를 들어, 도 15에 도시된 대로 지연선의 길이를 변화시킴으로써 변할 수 있다. 이와 같은 배열에서, 각각의 업컨버트된 이미지의 위치-종속 세기는 테라헤르츠 이미지 빔과 테라헤르츠 기준 빔의 대응하는 상대 위상에 적어도 부분적으로 의존한다. 각각의 이미지 위치에 세기와 위상 모두를 포함하는 테라헤르츠 이미지의 습득은 잠재적으로 단독 이미지 세기보다 물체(10)에 관한 더 많은 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 주어진 물체는 단지 세기만이 검출된다면 특징 없는 이미지를 생성할 수 있지만, 이미지에 가로지르는 위상 변이로서 나타나는 이미지 특징을 보여야 한다. 이와 같은 예는 가시광을 균일하게 투과시키지만 공간 의존 굴절률을 나타내는 물체와 유사하며, 단지 투과된 세기만으로 구성되는 이미지는 그러한 공간 변이를 놓칠 것이다.
도 15의 호모다인 검출 배열에서, 조합된 테라헤르츠 기준 빔(23)과 테라헤르츠 이미지 빔(21)이 코히어런트 중첩으로서 비선형 광학 매체(36)에 도달한다. 조합된 빔의 총 테라헤르츠 세기는 각각의 기준 빔과 이미지 빔의 진폭 제곱에 대응하는 위상-독립 부분을 포함할 것이며, 또한 양 진폭을 포함하는 크로스 텀(cross terms)에 대응하는 위상-종속 부분을 포함할 것이다. 이와 같은 신호의 시뮬레이션이 도 16의 도표에 도시되어 있으며, 도 16에서 (단일 검출기 신호의)총 세기는 기준 빔과 이미지 빔 사이의 상대 시간 지연(상대 위상과 동일함)의 함수로서 그려진다. 총 세기는 이미지 빔보다 100배 더 큰 세기의 기준 빔과 조합되는 이미지 빔의 업컨버젼으로부터 생긴다(신호는 기준 빔 세기에 대해 정규화된다). 이들 빔의 간섭은 기준 세기의 약 ±20%의 위상-종속 세기 변이를 초래한다. 이는 이미지 빔을 효율적으로 증폭시키는 것으로 간주될 수 있으며, 예를 들어 몇몇 경우에 잡음 또는 검출 감도와 같은 요인에 따라서 논-제로 백그라운드의 ±20% 변조가 100배 더 작은 정규화 제로-백그라운드 신호보다 더 용이하게 검출되고 계량화될 수 있다.
단일 검출기를 사용하는 호모다인 검출이 사용될 수 있으며: 검출기는 업컨버트된 이미지 빔(24)을 가로질러 스캐닝되며, 각각의 검출기 위치에서 테라헤르츠 기준 빔과 이미지 빔의 상대 위상을 변화시키도록 지연선이 스캐닝된다. 대안으로, 어레이 검출기가 사용될 수 있어서 각각의 상이한 상대 위상에서 완전한 이미지를 습득한다. 어느 하나의 경우에서, 결과적인 이미지가 (예를 들어, 대응하는 진폭과 위상 이미지를 사용하여, 또는 복소수-값 이미지의 실제 및 가상 부분으로서 또한 지칭될 수 있는 소위 "동-위상(in-phase) 이미지" 및 "직각(quadrature) 이미지"를 사용하여)위상 종속 양을 처리하기 위한 표준 방법에 따라서 제시되거나 해석될 수 있다. 호모다인 검출 기술은 광학적 일관성 단층촬영의 분야에 폭넓게 사용되며, 그 분야에서 발전된 다양한 수치적, 계산적 또는 분석적 방법이 업컨버트된 테라헤르츠 이미지의 호모다인 검출에 용이하게 적용될 수 있다.
도 5의 소스의 변형예에서, OPO(100)의 신호 및 유휴 파장은 임의의 적합한 방식으로(예를 들어, 온도 동조에 의해) 동조될 수 있다. 예를 들어, 비선형 광학 매체(150)는 각각 2122.4 nm 및 2133.7 nm에서 신호 및 유휴 파장을 갖는 1순위 QPM 파라미터식 프로세스에 의해 테라헤르츠 이미징 빔(21)을 제1 테라헤르츠 주파수(예를 들어, 0.75 THz)에서 발생시키도록 배열되는 QPM 매체(예를 들어, 전술한 바와 같은 GaAs 판의 스택)를 포함할 수 있다. 신호 및 유휴 파장이 이들 파장과 반대로(더 멀리) 동조되기 때문에, 궁극적으로 신호 및 유휴 파장의 조합은 2.3 THz의 테라헤르츠 방사선이 3순위 QPM 파라미터식 프로세스에 의해 생성된 곳에 도달된다. 신호와 유휴 파장의 추가 동조는 5순위 QPM 파라미터식 프로세스에 의해 생성되는 3.4 THz의 테라헤르츠 방사선을 초래한다. QPM 비선형 광학 매체(150)는 이들 파라미터식 프로세스 각각에 대한 유한 허용 대역폭을 나타낼 것이며, 그에 의해서 각각의 출력 주파수에 대해 테라헤르츠 출력의 약간 제한된 정도의 동조를 가능하게 한다. 이와 같은 소스를 사용하여, 이미지는 다중 테라헤르츠 출력 주파수에서 생성될 수 있다. 상이한 테라헤르츠 주파수에서 이들 이미지의 업컨버팅 및 습득은 몇몇 경우에 동일한 비선형 광학 매체(36) 또는 동일한 파장 의존형 필터 또는 필터(38) 세트를 사용하여 달성될 수 있으며, 다른 경우에 상이한 테라헤르츠 주파수에서 이미지의 업컨버팅 및 습득은 상이한 비선형 광학 매체(36) 또는 상이한 파장 의존형 필터(38)를 요구할 수 있다. 하나의 배열에서, 이들 상이한 매체 또는 필터는 대응 테라헤르츠 이미징 주파수에 필요할 때 위치로 각각 이동될 수 있도록 필터 휠과 유사한 가동식 마운트에 장착될 수 있다.
도 1 및 도 2의 구성은 업컨버트된 테라헤르츠 이미지 이외에도 다른 파장에서 물체(10)에 대한 이미지의 편리한 습득을 가능하게 하도록 변형될 수 있다. 예를 들어, 가동식 광학기기가 테라헤르츠 이미징 빔(21)의 경로를 따라 전파되도록 업컨버팅 빔(22)을 재지향시키는 데 사용될 수 있다. 빔 스플리터(34) 및 비선형 광학 매체(36)는 이들이 빔 경로로부터 쉽게 제거될 수 있도록 장착될 수 있으며, 필터(들)(38) 또는 편광기(39)는 적절하다면 제거되거나 대체될 수 있다. 필터 휠은 예를 들어, 빔 경로 내외로 이들 요소를 교체시키기 위해 사용될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 주어진 물체는 상이한 파장(예를 들어, 1.55 THz 및 1064 nm)에서 제위치에 이미지화 될 수 있으며 그 후에 비교 또는 상관관계가 이들 이미지 사이에서 만들어질 수 있다. 또한, 이용될 수 있는 다른 파장(
이외의)이 또한 물체(10)를 이미지화하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, OPO(100)에 의해 생성되는 신호 또는 유휴 파장은 이들 중 하나 또는 두 개의 파장에서 물체(10)를 이미지화하도록 테라헤르츠 이미징 빔(21)의 경로를 따라서 지향될 수 있다. 다른 예에서, 물체(10)를 이미지화하기 위해서 그의 출력을 테라헤르츠 이미징 빔(21)의 경로를 따라서 지향시킴으로써 전체적으로 독립형 소스가 사용될 수 있다.
전술한 것 이외에도, 다음의 예들은 본 개시 또는 청구범위의 범주 내에 속한다.
예 1. 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법으로서, 상기 방법은: (a) 약 0.1 THz 내지 약 10 THz의 테라헤르츠 주파수, 테라헤르츠 대역폭, 테라헤르츠 평균 전력, 테라헤르츠 피크 전력, 테라헤르츠 펄스 지속시간, 및 펄스 반복률을 특징으로 하는 테라헤르츠 이미징 빔으로 물체를 비추는 단계; (b) 물체에 의해 또는 물체 주위로 투과되거나 물체로부터 반사되거나 산란되는 테라헤르츠 이미징 빔의 적어도 일부를 수집하며, 비선형 광학 매체를 통해 테라헤르츠 이미지 빔으로서 전파되도록 상기 빔의 일부를 지향시키는 단계로서, 상기 테라헤르츠 이미지 빔이 비선형 광학 매체에서의 테라헤르츠 이미지 빔 크기를 특징으로 하는, 단계; (c) 비선형 광학 매체를 통해 전파되도록 업컨버팅 빔을 지향시키는 단계로서, 업컨버팅 빔이 비선형 광학 매체에서 테라헤르츠 이미지 빔과 적어도 부분적으로 공간적으로 중첩되고 비선형 광학 매체에서의 업컨버팅 파장, 업컨버팅 대역폭, 업컨버팅 평균 전력, 업컨버팅 피크 전력, 펄스 율, 및 업컨버팅 빔 크기를 특징으로 하는, 단계; (d) 비선형 광학 매체에서 테라헤르츠 이미지 빔과 업컨버팅 빔의 비선형적 광학 상호작용에 의해서, 테라헤르츠 이미지 빔과 업컨버팅 빔 사이의 합-주파수 발생 또는 차-주파수 발생에 의해 생성되는 하나 또는 두 개의 파장을 특징으로 하는 업컨버트된 이미지 빔을 형성하도록 테라헤르츠 이미지 빔의 적어도 일부분을 업컨버팅하는 단계; (e) 이미지 검출기를 사용하여 업컨버트된 이미지 빔의 적어도 일부분을 수용하며 업컨버트된 이미지 빔에 의해 이미지 검출기에 형성되는 업컨버트된 이미지를 이미지 검출기로 검출하는 단계; 및 (f) 업컨버팅 빔의 약 108 중의 1 부분(1 part in 108) 미만이 이미지 필터링 요소를 사용하여 이미지 검출기에 도달하게 하는 단계를 포함하며, (g) 펄스 반복률은 약 1 ㎒ 보다 크며, 업컨버팅 파장은 약 400 nm 내지 약 3500 nm이며, 업컨버팅 대역폭은 약 5 nm 미만이며, 업컨버팅 펄스 지속시간은 약 100 ps 미만이다.
예 2. 예 1의 방법에서, 펄스 반복률은 약 50 ㎒ 내지 약 150 ㎒이며, 업컨버팅 파장은 약 1000 nm 내지 약 1100 nm이며, 업컨버팅 대역폭은 약 2 nm 미만이며, 업컨버팅 펄스 지속시간은 약 10 ps 미만이다.
예 3. 예 1 또는 예 2 중 어느 하나의 방법에서, 업컨버팅 파장은 약 1064 nm이며 업컨버팅 이미지 파장은 (i) 약 1058 nm 또는 약 1070 nm 또는 둘 다, 또는 (ii) 약 1061 nm 또는 약 1067 nm 또는 둘 다, 중 어느 하나이다.
예 4. 예 1의 방법에서, 펄스 반복률은 약 50 ㎒ 내지 약 150 ㎒이며, 업컨버팅 파장은 약 2100 nm 내지 약 2150 nm이며, 업컨버팅 펄스 지속시간은 약 10 ps 미만이다.
예 5. 예 1 내지 예 4 중 어느 하나의 방법에서, 공동내 테라헤르츠-발생 매체를 포함한 동시 펌핑되는 광학 파라미터식 발진기를 사용하여 테라헤르츠 이미징 빔을 발생시키는 단계를 더 포함하며, 공동내 신호 빔과 유휴 빔은 테라헤르츠-발생 매체 내의 차 주파수 발생에 의해 테라헤르츠 이미징 빔을 발생시킨다.
예 6. 예 5의 방법에서, 업컨버팅 빔은 광학 파라미터식 발진기를 위한 펌프 소스의 출력 빔의 일부분을 포함한다.
예 7. 예 5의 방법에서, 업컨버팅 빔은 광학 파라미터식 발진기의 외측으로 전파되도록 지향되는 공동내 신호 빔 또는 유휴 빔의 일부분을 포함한다.
예 8. 예 5 내지 예 7 중 어느 하나의 방법에서, 공동내 테라헤르츠-발생 매체는 공동내 신호 빔과 유휴 빔의 준-위상-정합 차 주파수 발생을 위해 배열되는 비선형 광학 재료의 2개 이상의 광학 접촉 판 스택을 포함한다.
예 9. 예 8의 방법에서, 2개 이상의 광학 접촉 판 스택은 약 550 ㎛ 두께의 GaAs의 6 내지 12개의 광학 접촉 판 스택을 포함하며, 신호 파장은 약 2116 nm이며, 유휴 파장은 약 2140 nm이며, 테라헤르츠 주파수는 약 1.55 THz이다.
예 10. 예 1 내지 예 9 중 어느 하나의 방법에서, 이미지 필터링 요소는 하나 이상의 파장-의존형 필터를 포함한다.
예 11. 예 10의 방법에서, 하나 이상의 파장-의존형 필터 중 적어도 하나는 업컨버팅 파장과 업컨버트된 이미지 파장 중 하나 사이에 공칭 컷오프(nominal cutoff) 파장을 갖는 숏-패스 또는 롱-패스 필터를 포함한다.
예 12. 예 10의 방법에서, 하나 이상의 파장-의존형 필터 중 적어도 하나는 업컨버팅 파장에 공칭 중심이 있는 노치 필터를 포함한다.
예 13. 예 1 내지 예 12 중 어느 하나의 방법에서, 비선형 광학 매체는 비선형 광학적 상호작용이 타입 또는 타입 프로세스가 되도록 배열되어서, 업컨버트된 이미지 빔의 편광이 업컨버팅 빔의 편광에 실질적으로 수직하게 된다.
예 14. 예 1 내지 예 13 중 어느 하나의 방법에서, 업컨버팅 빔과 업컨버트된 이미지 빔은 서로에 대해 실질적으로 직각으로 편광되며, 이미지 필터링 요소는 업컨버팅 빔을 실질적으로 차단하도록 배열되는 하나 이상의 편광기를 포함한다.
예 15. 예 1 내지 예 12 중 어느 하나의 방법에서, 비선형 광학 매체는 비선형 광학적 상호작용이 타입 0 프로세스가 되도록 배열되어서, 업컨버트된 이미지 빔의 편광이 업컨버팅 빔의 편광에 실질적으로 평행하게 된다.
예 16. 예 1 내지 예 15 중 어느 하나의 방법에서, 비선형 광학 매체는 비선형 광학 상호작용이 임계적 위상-정합 프로세스가 되도록 배열된다.
예 17. 예 1 내지 예 15 중 어느 하나의 방법에서, 비선형 광학 매체는 비선형 광학 상호작용이 비-임계적 위상-정합 프로세스가 되도록 배열된다.
예 18. 예 1 내지 예 15 중 어느 하나의 방법에서, 비선형 광학 매체는 비선형 광학 상호작용이 준-위상-정합 프로세스가 되도록 배열된다.
예 19. 예 18의 방법에서, 비선형 광학 매체는 주기적으로 전극 연결되는 비선형 광학 결정을 포함한다.
예 20. 예 18의 방법에서, 비선형 광학 매체는 비선형 광학 재료의 두 개 이상의 광학 접촉 판 스택을 포함한다.
예 21. 예 18의 방법에서, 비선형 광학 매체는 두께 약 300 ㎛인 GaAs의 6 내지 12개의 광학 접촉 판 스택을 포함하며, 테라헤르츠 주파수는 약 1.55 THz이며, 업컨버팅 파장은 약 1064 nm이다.
예 22. 예 1 내지 예 21 중 어느 하나의 방법에서, (i) 제1 초점 요소는 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분을 수집하고 비선형 광학 매체를 통해 전파되도록 테라헤르츠 이미지 빔을 지향시키며, (ii) 물체 및 비선형 광학 매체는 테라헤르츠 이미지 빔이 비선형 광학 매체에서 물체의 테라헤르츠 이미지를 형성하도록 제1 초점 요소의 각각의 켤레면에 위치되며, (iii) 제2 초점 요소는 업컨버트된 이미지 빔의 일부분을 수집하고 이미지 검출기로 전파되도록 업컨버트된 이미지 빔을 지향시키며, (iv) 비선형 광학 매체 및 이미지 검출기는 업컨버트된 이미지 빔이 이미지 검출기에 업컨버트된 이미지를 형성하도록 제2 초점 요소의 각각의 켤레면에 위치된다.
예 23. 예 1 내지 예 21 중 어느 하나의 방법에서, (i) 유효 초점 길이(f1)를 특징으로 하는 제1 초점 요소는 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분을 수집하고 비선형 광학 매체를 통해 전파되도록 테라헤르츠 이미지 빔을 지향시키며, (ii) 물체 및 비선형 광학 매체는 테라헤르츠 이미지 빔이 비선형 광학 매체에 물체에 대한 테라헤르츠 이미지의 공간 푸리에 변환을 형성하도록 제1 초점 요소로부터 약 f1의 거리에 각각 위치되며, (iii) 유효 초점 길이(f2)를 특징으로 하는 제2 초점 요소는 업컨버트된 이미지 빔의 일부분을 수집하고 이미지 검출기로 전파되도록 업컨버트된 이미지 빔을 지향시키며, (iv) 비선형 광학 매체 및 이미지 검출기는 업컨버트된 이미지 빔이 이미지 검출기에 업컨버트된 이미지를 형성하도록 제2 초점 요소로부터 약 f2의 거리에 각각 위치된다.
예 24. 예 1 내지 예 23 중 어느 하나의 방법에서, 이미지 검출기는 이미징 검출기 어레이를 포함하며, 업컨버트된 이미지를 검출하는 단계는 이미징 검출기 어레이의 다중 대응 검출기 요소에서 업컨버트된 이미지 빔의 상이한 공간 부분을 동시에 수용하는 단계를 포함한다.
예 25. 예 1 내지 예 23 중 어느 하나의 방법에서, 이미지 검출기는 단일 검출기 요소를 포함하며, 업컨버트된 이미지를 검출하는 단계는 단일 검출기 요소에서 업컨버트된 이미지 빔의 상이한 공간 부분을 순차적으로 수용하도록 업컨버트된 이미지 빔을 가로질러 단일 검출기 요소를 스캐닝하는 단계를 포함한다.
예 26. 예 1 내지 예 25 중 어느 하나의 방법에서, 테라헤르츠 이미지 빔의 펄스 트레인과 업컨버팅 빔 사이의 비선형 광학 매체에서 대응하는 상이한 일시적 오프셋에 의해 다중 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 단계를 더 포함하며, (i) 테라헤르츠 이미지 빔은 물체로부터 반사되거나 산란된 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분을 포함하며, (ii) 다중 업컨버트된 테라헤르츠 이미지의 각각의 하나는 물체 내의 상이한 깊이에 대응하며 그에 의해서 물체에 대한 테라헤르츠 단층촬영을 가능하게 한다.
예 27. 예 1 내지 예 26 중 어느 하나의 방법에서, 업컨버트된 이미지의 위치-의존 세기는 테라헤르츠 이미지의 위치-의존 위상과 실질적으로 무관하다.
예 28. 예 1 내지 예 26 중 어느 하나의 방법에서, 테라헤르츠 기준 빔을 형성하도록 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분이 분리되는 단계; 비선형 광학 매체를 통해 동시 전파되도록 테라헤르츠 기준 빔과 테라헤르츠 이미지 빔을 조합하는 단계; 및 테라헤르츠 이미지 빔과 테라헤르츠 기준 빔의 대응하는 상이한 상대 위상에 의해 다중 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 단계를 더 포함하며, 각각의 업컨버트된 이미지의 위치-의존 세기는 테라헤르츠 이미지 빔과 테라헤르츠 기준 빔의 대응하는 상대 위상에 적어도 부분적으로 의존한다.
예 29. 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치로서, 상기 장치는: (a) 약 0.1 THz 내지 약 10 THz의 테라헤르츠 주파수, 테라헤르츠 대역폭, 테라헤르츠 평균 전력, 테라헤르츠 피크 전력, 테라헤르츠 펄스 지속시간, 및 펄스 반복률을 특징으로 하는 테라헤르츠 이미징 빔으로 물체를 비추도록 배열되는 테라헤르츠 소스; (b) 물체에 의해 또는 물체 주위로 투과되거나 물체로부터 반사되거나 산란되는 테라헤르츠 이미징 빔의 적어도 일부를 수집하며, 비선형 광학 매체를 통해 테라헤르츠 이미지 빔으로서 전파되도록 상기 빔의 일부를 지향시키도록 배열되는 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분으로서, 상기 테라헤르츠 이미지 빔이 비선형 광학 매체에서의 테라헤르츠 이미지 빔 크기를 특징으로 하는, 테라헤르츠 광학 성분; (c) 업컨버팅 빔을 방출하도록 배열되는 광원; (d) 비선형 광학 매체를 통해 전파되도록 업컨버팅 빔을 지향시키도록 배열되는 하나 이상의 광학 성분으로서, 업컨버팅 빔이 비선형 광학 매체에서 테라헤르츠 이미지 빔과 적어도 부분적으로 공간적으로 중첩되고 비선형 광학 매체에서의 업컨버팅 파장, 업컨버팅 대역폭, 업컨버팅 평균 전력, 업컨버팅 피크 전력, 펄스 율, 및 업컨버팅 빔 크기를 특징으로 하는, 광학 성분; (e) 비선형 광학 매체는, 비선형 광학 매체에서 테라헤르츠 이미지 빔과 업컨버팅 빔의 비선형적 광학 상호작용에 의해서, 테라헤르츠 이미지 빔과 업컨버팅 빔 사이의 합-주파수 발생 또는 차-주파수 발생에 의해 생성되는 하나 또는 두 개의 파장을 특징으로 하는 업컨버트된 이미지 빔을 형성하도록 테라헤르츠 이미지 빔의 적어도 일부분을 업컨버트하도록 배열되는 비선형 광학 매체; (f) 업컨버트된 이미지 빔의 적어도 일부분을 수용하며 업컨버트된 이미지 빔에 의해 이미지 검출기에 형성되는 업컨버트된 이미지를 검출하도록 배열되는 이미지 검출기; 및 (g) 업컨버팅 빔의 약 108 중의 1 부분(1 part in 108) 미만이 이미지 검출기에 도달하게 하도록 배열되는 이미지 필터링 요소를 포함하며, (h) 상기 펄스 반복률은 약 1 ㎒ 보다 크며, 업컨버팅 파장은 약 400 nm 내지 약 3500 nm이며, 업컨버팅 대역폭은 약 5 nm 미만이며, 업컨버팅 펄스 지속시간은 약 100 ps 미만이다.
예 30. 예 29의 장치에서, 펄스 반복률은 약 50 ㎒ 내지 약 150 ㎒이며, 업컨버팅 파장은 약 1000 nm 내지 약 1100 nm이며, 업컨버팅 대역폭은 약 2 nm 미만이며, 업컨버팅 펄스 지속시간은 약 10 ps 미만이다.
예 31. 예 29 또는 예 30의 장치에서, 업컨버팅 파장은 약 1064 nm이며 업컨버팅 이미지 파장은 (i) 약 1058 nm 또는 약 1070 nm 또는 둘 다, 또는 (ii) 약 1061 nm 또는 약 1067 nm 또는 둘 다, 중 어느 하나이다.
예 32. 예 29의 장치에서, 펄스 반복률은 약 50 ㎒ 내지 약 150 ㎒이며, 업컨버팅 파장은 약 2100 nm 내지 약 2150 nm이며, 업컨버팅 펄스 지속시간은 약 10 ps 미만이다.
예 33. 예 29 내지 예 32 중 어느 하나의 장치에서, 테라헤르츠 소스는 공동내 신호 빔과 유휴 빔으로부터 테라헤르츠-발생 매체 내의 차 주파수 발생에 의해 테라헤르츠 이미징 빔을 발생시키도록 배열되는 공동내 테라헤르츠-발생 매체를 포함하는 동시 펌핑되는 광학 파라미터식 발진기를 포함한다.
예 34. 예 33의 장치에서, 광원은 광학 파라미터식 발진기용 펌프 소스를 포함하며 업컨버팅 빔은 펌프 소스의 출력 빔의 일부분을 포함한다.
예 35. 예 33의 장치에서, 광원은 광학 파라미터식 발진기를 포함하며 업컨버팅 빔은 광학 파라미터식 발진기의 외측으로 전파되도록 지향되는 공동내 신호 빔 또는 유휴 빔의 일부분을 포함한다.
예 36. 예 33 내지 예 35 중 어느 하나의 장치에서, 공동내 테라헤르츠-발생 매체는 공동내 신호 빔과 유휴 빔의 준-위상-정합 차 주파수 발생을 위해 배열되는 비선형 광학 재료의 2개 이상의 광학 접촉 판 스택을 포함한다.
예 37. 예 36의 장치에서, 2개 이상의 광학 접촉 판 스택은 약 550 ㎛ 두께의 GaAs의 6 내지 12개의 광학 접촉 판 스택을 포함하며, 신호 파장은 약 2116 nm이며, 유휴 파장은 약 2140 nm이며, 테라헤르츠 주파수는 약 1.55 THz이다.
예 38. 예 29 내지 예 37 중 어느 하나의 장치에서, 이미지 필터링 요소는 하나 이상의 파장-의존형 필터를 포함한다.
예 39. 예 38의 장치에서, 하나 이상의 파장-의존형 필터 중 적어도 하나는 업컨버팅 파장과 업컨버트된 이미지 파장 중 하나 사이에 공칭 컷오프 파장을 갖는 숏-패스 또는 롱-패스 필터를 포함한다.
예 40. 예 38의 장치에서, 하나 이상의 파장-의존형 필터 중 적어도 하나는 업컨버팅 파장에 공칭 중심이 있는 노치 필터를 포함한다.
예 41. 예 29 내지 예 40 중 어느 하나의 장치에서, 비선형 광학 매체는 비선형 광학적 상호작용이 타입 또는 타입 프로세스가 되도록 배열되어서, 업컨버트된 이미지 빔의 편광이 업컨버팅 빔의 편광에 실질적으로 수직하게 된다.
예 42. 예 29 내지 예 41 중 어느 하나의 장치에서, 업컨버팅 빔과 업컨버트된 이미지 빔은 서로에 대해 실질적으로 직각으로 편광되며, 이미지 필터링 요소는 업컨버팅 빔을 실질적으로 차단하도록 배열되는 하나 이상의 편광기를 포함한다.
예 43. 예 29 내지 예 40 중 어느 하나의 장치에서, 비선형 광학 매체는 비선형 광학적 상호작용이 타입 0 프로세스가 되도록 배열되어서, 업컨버트된 이미지 빔의 편광이 업컨버팅 빔의 편광에 실질적으로 평행하게 된다.
예 44. 예 29 내지 예 43 중 어느 하나의 장치에서, 비선형 광학 매체는 비선형 광학 상호작용이 임계적 위상-정합 프로세스가 되도록 배열된다.
예 45. 예 29 내지 예 43 중 어느 하나의 장치에서, 비선형 광학 매체는 비선형 광학 상호작용이 비-임계적 위상-정합 프로세스가 되도록 배열된다.
예 46. 예 29 내지 예 43 중 어느 하나의 장치에서, 비선형 광학 매체는 비선형 광학 상호작용이 준-위상-정합 프로세스가 되도록 배열된다.
예 47. 예 46의 장치에서, 비선형 광학 매체는 주기적으로 전극연결되는 비선형 광학 결정을 포함한다.
예 48. 예 46의 장치에서, 비선형 광학 매체는 비선형 광학 재료의 두 개 이상의 광학 접촉 판 스택을 포함한다.
예 49. 예 46의 장치에서, 비선형 광학 매체는 두께 약 300 ㎛인 GaAs의 6 내지 12개의 광학 접촉 판 스택을 포함하며, 테라헤르츠 주파수는 약 1.55 THz이며, 업컨버팅 파장은 약 1064 nm이다.
예 50. 예 29 내지 예 49 중 어느 하나의 장치에서, (i) 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분은 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분을 수집하고 비선형 광학 매체를 통해 전파되도록 테라헤르츠 이미지 빔을 지향시키도록 배열되는 제1 초점 요소를 포함하며, (ii) 물체 및 비선형 광학 매체는 테라헤르츠 이미지 빔이 비선형 광학 매체에 물체에 대한 테라헤르츠 이미지를 형성하도록 제1 초점 요소의 각각의 켤레면에 위치되며, (iii) 하나 이상의 광학 성분은 업컨버트된 이미지 빔의 일부분을 수집하고 이미지 검출기로 전파되도록 업컨버트된 이미지 빔을 지향시키도록 배열되는 제2 초점 요소를 포함하며, (iv) 비선형 광학 매체 및 이미지 검출기는 업컨버트된 이미지 빔이 이미지 검출기에 업컨버트된 이미지를 형성하도록 제2 초점 요소의 각각의 켤레면에 위치된다.
예 51. 예 29 내지 예 49 중 어느 하나의 장치에서, (i) 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분은 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분을 수집하고 비선형 광학 매체를 통해 전파되도록 테라헤르츠 이미지 빔을 지향시키도록 배열되는, 유효 초점 길이(f1)를 특징으로 하는 제1 초점 요소를 포함하며, (ii) 물체 및 비선형 광학 매체는 테라헤르츠 이미지 빔이 비선형 광학 매체에 물체에 대한 테라헤르츠 이미지의 공간 푸리에 변환을 형성하도록 제1 초점 요소로부터 약 f1의 거리에 각각 위치되며, (iii) 하나 이상의 광학 성분은 업컨버트된 이미지 빔의 일부분을 수집하고 이미지 검출기로 전파되도록 업컨버트된 이미지 빔을 지향시키도록 배열되는, 유효 초점 길이(f2)를 특징으로 하는 제2 초점 요소를 포함하며, (iv) 비선형 광학 매체 및 이미지 검출기는 업컨버트된 이미지 빔이 이미지 검출기에 업컨버트된 이미지를 형성하도록 제2 초점 요소로부터 약 f2의 거리에 각각 위치된다.
예 52. 예 29 내지 예 51 중 어느 하나의 장치에서, 이미지 검출기는 이미징 검출기 어레이의 다중 대응 검출기 요소에서 업컨버트된 이미지 빔의 상이한 공간 부분을 동시에 수용하도록 위치되고 배열되는 이미징 검출기 어레이를 포함한다.
예 53. 예 29 내지 예 51 중 어느 하나의 장치에서, 이미지 검출기는 단일 검출기 요소에서 업컨버트된 이미지 빔의 상이한 공간 부분을 순차적으로 수용하도록 업컨버트된 이미지 빔을 가로질러 스캐닝되도록 배열되는 단일 검출기 요소를 포함한다.
예 54. 예 29 내지 예 53 중 어느 하나의 장치에서, (i) 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분은 테라헤르츠 이미지 빔이 물체로부터 반사되거나 산란된 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분을 포함하도록 배열되며, (ii) 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분 또는 하나 이상의 광학 성분 중 하나 또는 둘 다는 테라헤르츠 이미지 빔의 펄스 트레인과 업컨버팅 빔 사이의 비선형 광학 매체에 상이한 일시적 오프셋을 제공하도록 배열되는 광학 지연선을 포함하며, 및 (iii) 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분 또는 하나 이상의 광학 성분 중 하나 또는 둘 다는 대응하는 상이한 일시적 오프셋에서 습득되는 각각의 업컨버트된 테라헤르츠 이미지가 물체 내의 상이한 깊이에 대응하며, 그에 의해서 물체에 대한 테라헤르츠 단층촬영을 가능하게 하도록 배열된다.
예 55. 예 29 내지 예 54 중 어느 하나의 장치에서, 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분 또는 하나 이상의 광학 성분 중 하나 또는 둘 다는 업컨버트된 이미지의 위치-의존 세기가 테라헤르츠 이미지의 위치-의존 위상과 실질적으로 무관하도록 배열된다.
예 56. 29 내지 예 54 중 어느 하나의 장치에서, 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분은 테라헤르츠 이미지 빔과 테라헤르츠 기준 빔의 상이한 상대 위상에 의해서 테라헤르츠 기준 빔을 형성하도록 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분을 분리해내고 비선형 광학 매체를 통해 동시 전파되도록 테라헤르츠 기준 빔과 테라헤르츠 이미지 빔을 조합하도록 배열되며, 각각의 업컨버트된 이미지의 위치-의존 세기는 테라헤르츠 이미지 빔과 테라헤르츠 기준 빔의 대응하는 상대 위상에 적어도 부분적으로 의존한다.
개시된 예시적인 구현예와 방법의 균등물은 본 개시 또는 이후에 제시되는 청구범위의 범주 내에 속해야 하는 것으로 의도된다. 개시된 예시적인 실시예와 방법, 및 그의 균등물은 본 개시의 범주 안에 남아 있는 채로 변형될 수 있다고 의도된다.
전술한 상세한 설명에서, 다양한 특징들은 본 개시를 간소화할 목적으로 여러 예시적인 구현예에서 하나로 묶일 수 있다. 이와 같은 개시의 방법은 임의의 이후에 청구되는 구현예가 대응 청구범위에서 명확하게 재인용되는 것보다 더 많은 특징을 요구하는 발명을 반영한 것으로서 해석되어서는 안 된다. 오히려, 본 발명의 요지는 단일의 개시된 예시적인 실시예의 모든 특징보다 더 적게 제시될 수 있다. 그러므로 본 개시는 또한, 여기서 명확히 개시되지 않았을 수 있는 특징의 세트들을 포함한, 본 발명의 개시에 또는 임의의 이후에 제시되는 청구범위에 나타나는 하나 이상의 개시되거나 청구된 특징의 임의의 적합한 세트(즉, 모순되지 않거나 상호 배타적이지 않은 특징의 세트)를 갖는 임의의 구현예를 암시적으로 개시하는 것으로 해석되어야 한다.
본 개시 및 이후에 제시되는 청구범위의 목적으로, 접속사 "또는(or)"은 (i) 예를 들어 "이것 또는 저것(either ... or)", "~ 중 단 하나(only one of), 또는 유사 언어의 사용에 의해 명확히 달리 언급하지 않는 한, 또는 (ii) "또는(or)"의 경우가 서로 배타적이지 않는 대안을 포함한 단지 이들 조합들을 포함한 특정 문맥에서 목록화된 대안 중 두 개 이상이 서로 배타적인 한, 모두를 포함하는 것으로 해석해야 되는 것(예를 들어, "개 또는 고양이"는 "개, 또는 고양이, 또는 둘 다"로서 해석해야 되는 것; 예를 들어, "개, 고양이, 또는 쥐"는 "개, 또는 고양이, 또는 쥐, 또는 임의의 두 개, 또는 세 개 모두"로서 해석해야 되는 것)이다. 본 개시 및 이후에 제시되는 청구범위의 목적으로, 단어 "포함하는(comprising)", "포함한(including)", "가지는(having)" 및 이의 파생어는 이들이 어디에 나타나든, 마치 문구 "적어도"가 이의 각각의 사례 이후에 첨부된 것과 동일한 의미로, 개방형 용어로서 해석되어야 한다.
임의의 하나 이상의 개시가 참조로 본 발명에 포함되고 이와 같은 포함된 개시가 본 발명의 개시와 부분적으로 또는 전체적으로 상충되거나, 본 발명의 개시와 범주가 상이하다면, 본 발명의 개시는 상충되는 더 넓은 개시 또는 더 넓은 용어에 대한 정의의 범위까지로 조정된다. 그 포함된 개시가 서로 부분적으로 또는 전체적으로 상충되면, 상충되는 범위까지로 나중의 개시가 조정된다.
요약서는 특허 문헌의 특정 요지를 검색하는 것에 도움을 주는 요구되는 만큼 제공된다. 그러나 요약서는 요약서 내에 인용된 임의의 요소, 특징 또는 제한이 이후에 제시되는 임의의 특정 청구범위에 반드시 포함된다는 것을 암시하도록 의도되는 것이 아니다. 제시된 각각의 청구범위에 의해 포함되는 요지의 범주는 단지 그 청구범위의 인용에 의해서만 결정되어야 한다.
Claims (30)
- 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법으로서,
(a) 약 0.1 THz 내지 약 10 THz의 테라헤르츠 주파수, 테라헤르츠 대역폭, 테라헤르츠 평균 전력, 테라헤르츠 피크 전력, 테라헤르츠 펄스 지속시간, 및 펄스 반복률을 특징으로 하는 테라헤르츠 이미징 빔으로 물체를 비추는 단계;
(b) 물체에 의해 또는 물체 주위로 투과되거나 물체로부터 반사되거나 산란되는 테라헤르츠 이미징 빔의 적어도 일부를 수집하며, 비선형 광학 매체를 통해 테라헤르츠 이미지 빔으로서 전파되도록 상기 빔의 일부를 지향시키는 단계로서, 상기 테라헤르츠 이미지 빔이 비선형 광학 매체에서의 테라헤르츠 이미지 빔 크기를 특징으로 하는, 단계;
(c) 비선형 광학 매체를 통해 전파되도록 업컨버팅 빔을 지향시키는 단계로서, 상기 업컨버팅 빔이 비선형 광학 매체에서 테라헤르츠 이미지 빔과 적어도 부분적으로 공간적으로 중첩되고 비선형 광학 매체에서의 업컨버팅 파장, 업컨버팅 대역폭, 업컨버팅 평균 전력, 업컨버팅 피크 전력, 펄스 율, 및 업컨버팅 빔 크기를 특징으로 하는, 단계;
(d) 비선형 광학 매체에서 테라헤르츠 이미지 빔과 업컨버팅 빔의 비선형적 광학 상호작용에 의해서, 테라헤르츠 이미지 빔과 업컨버팅 빔 사이의 합-주파수 발생 또는 차-주파수 발생에 의해 생성되는 하나 또는 두 개의 파장을 특징으로 하는 업컨버트된 이미지 빔을 형성하도록 테라헤르츠 이미지 빔의 적어도 일부분을 업컨버팅하는 단계;
(e) 이미지 검출기를 사용하여 업컨버트된 이미지 빔의 적어도 일부분을 수용하며 업컨버트된 이미지 빔에 의해 이미지 검출기에 형성되는 업컨버트된 이미지를 이미지 검출기로 검출하는 단계; 및
(f) 업컨버팅 빔의 약 108 중의 1 부분(1 part in 108) 미만이 이미지 필터링 요소를 사용하여 이미지 검출기에 도달하게 하는 단계를 포함하며,
(g) 상기 펄스 반복률은 약 1 MHz 보다 크며, 업컨버팅 파장은 약 400 nm 내지 약 3500 nm이며, 업컨버팅 대역폭은 약 5 nm 미만이며, 업컨버팅 펄스 지속시간은 약 100 ps 미만인 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 제1항에 있어서,
펄스 반복률은 약 50 ㎒ 내지 약 150 MHz이며, 업컨버팅 파장은 약 1000 nm 내지 약 1100 nm이며, 업컨버팅 대역폭은 약 2 nm 미만이며, 업컨버팅 펄스 지속시간은 약 10 ps 미만인 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 제1항에 있어서,
공동내 테라헤르츠-발생 매체를 포함한 동시 펌핑되는 광학 파라미터식 발진기를 사용하여 테라헤르츠 이미징 빔을 발생시키는 단계를 더 포함하며, 상기 공동내 신호 빔과 유휴 빔은 테라헤르츠-발생 매체 내의 차 주파수 발생에 의해 테라헤르츠 이미지 빔을 발생시키는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 제3항에 있어서,
상기 공동내 테라헤르츠-발생 매체는 상기 공동내 신호 빔과 유휴 빔의 준-위상-정합 차 주파수 발생을 위해 배열되는 비선형 광학 재료의 2개 이상의 광학 접촉 판 스택을 포함하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 이미지 필터링 요소는 하나 이상의 파장-의존형 필터를 포함하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 하나 이상의 파장-의존형 필터 중 적어도 하나는 업컨버팅 파장과 업컨버트된 이미지 파장 중 하나 사이에 공칭 컷오프 파장을 갖는 숏-패스 또는 롱-패스 필터를 포함하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 업컨버팅 빔과 업컨버트된 이미지 빔은 서로에 대해 실질적으로 직각으로 편광되며, 이미지 필터링 요소는 업컨버팅 빔을 실질적으로 차단하도록 배열되는 하나 이상의 편광기를 포함하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 비선형 광학 매체는 비선형 광학 상호작용이 준-위상-정합 프로세스가 되도록 배열되는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 제8항에 있어서,
상기 비선형 광학 매체는 비선형 광학 재료의 두 개 이상의 광학 접촉 판 스택을 포함하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 제8항에 있어서,
상기 비선형 광학 매체는 두께 약 300 ㎛인 GaAs의 6 내지 12개의 광학 접촉 판 스택을 포함하며, 테라헤르츠 주파수는 약 1.55 THz이며, 업컨버팅 파장은 약 1064 nm인 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 (i) 제1 초점 요소는 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분을 수집하고 비선형 광학 매체를 통해 전파되도록 테라헤르츠 이미지 빔을 지향시키며, (ii) 물체 및 비선형 광학 매체는 테라헤르츠 이미지 빔이 비선형 광학 매체에 물체의 테라헤르츠 이미지를 형성하도록 제1 초점 요소의 각각의 켤레면에 위치되며, (iii) 제2 초점 요소는 업컨버트된 이미지 빔의 일부분을 수집하고 이미지 검출기로 전파되도록 업컨버트된 이미지 빔을 지향시키며, 및 (iv) 비선형 광학 매체 및 이미지 검출기는 업컨버트된 이미지 빔이 이미지 검출기에 업컨버트된 이미지를 형성하도록 제2 초점 요소의 각각의 켤레면에 위치되는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 (i) 유효 초점 길이(f1)를 특징으로 하는 제1 초점 요소는 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분을 수집하고 비선형 광학 매체를 통해 전파되도록 테라헤르츠 이미지를 지향시키며, (ii) 물체 및 비선형 광학 매체는 테라헤르츠 이미지 빔이 비선형 광학 매체에 물체에 대한 테라헤르츠 이미지의 공간 푸리에 변환을 형성하도록 제1 초점 요소로부터 약 f1의 거리에 각각 위치되며, (iii) 유효 초점 길이(f2)를 특징으로 하는 제2 초점 요소는 업컨버트된 이미지 빔의 일부분을 수집하고 이미지 검출기로 전파되도록 업컨버트된 이미지 빔을 지향시키며, 및 (iv) 비선형 광학 매체 및 이미지 검출기는 업컨버트된 이미지 빔이 이미지 검출기에 업컨버트된 이미지를 형성하도록 제2 초점 요소로부터 약 f2의 거리에 각각 위치되는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 이미지 검출기는 이미징 검출기 어레이를 포함하며, 업컨버트된 이미지를 검출하는 단계는 이미징 검출기 어레이의 다중 대응 검출기 요소에서 업컨버트된 이미지 빔의 상이한 공간 부분을 동시에 수용하는 단계를 포함하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 제1항에 있어서,
테라헤르츠 이미지 빔의 펄스 트레인과 업컨버팅 빔 사이의 비선형 광학 매체에서 대응하는 상이한 일시적 오프셋에 의해 다중 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 단계를 더 포함하며, 상기 (i) 테라헤르츠 이미지 빔은 물체로부터 반사되거나 산란된 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분을 포함하며, 및 (ii) 다중 업컨버트된 테라헤르츠 이미지의 각각의 하나는 물체 내의 상이한 깊이에 대응하며 그에 의해서 물체에 대한 테라헤르츠 단층촬영을 가능하게 하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 제1항에 있어서,
테라헤르츠 기준 빔을 형성하도록 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분이 분리되는 단계; 비선형 광학 매체를 통해 동시 전파되도록 테라헤르츠 기준 빔과 테라헤르츠 이미지 빔을 조합하는 단계; 및 테라헤르츠 이미지 빔과 테라헤르츠 기준 빔의 대응하는 상이한 상대 위상에 의해 다중 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 단계를 더 포함하며, 상기 각각의 업컨버트된 이미지의 위치-의존 세기는 테라헤르츠 이미지 빔과 테라헤르츠 기준 빔의 대응하는 상대 위상에 적어도 부분적으로 의존하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 방법. - 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치로서,
(a) 약 0.1 THz 내지 약 10 THz의 테라헤르츠 주파수, 테라헤르츠 대역폭, 테라헤르츠 평균 전력, 테라헤르츠 피크 전력, 테라헤르츠 펄스 지속시간, 및 펄스 반복률을 특징으로 하는 테라헤르츠 이미징 빔으로 물체를 비추도록 배열되는 테라헤르츠 소스;
(b) 물체에 의해 또는 물체 주위로 투과되거나 물체로부터 반사되거나 산란되는 테라헤르츠 이미징 빔의 적어도 일부를 수집하며, 비선형 광학 매체를 통해 테라헤르츠 이미지 빔으로서 전파되도록 상기 빔의 일부를 지향시키도록 배열되는 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분으로서, 상기 테라헤르츠 이미지 빔이 비선형 광학 매체에서의 테라헤르츠 이미지 빔 크기를 특징으로 하는, 테라헤르츠 광학 성분;
(c) 업컨버팅 빔을 방출하도록 배열되는 광원;
(d) 비선형 광학 매체를 통해 전파되도록 업컨버팅 빔을 지향시키도록 배열되는 하나 이상의 광학 성분으로서, 상기 업컨버팅 빔이 비선형 광학 매체에서 테라헤르츠 이미지 빔과 적어도 부분적으로 공간적으로 중첩되고 비선형 광학 매체에서의 업컨버팅 파장, 업컨버팅 대역폭, 업컨버팅 평균 전력, 업컨버팅 피크 전력, 펄스 율, 및 업컨버팅 빔 크기를 특징으로 하는, 광학 성분;
(e) 비선형 광학 매체는, 비선형 광학 매체에서 테라헤르츠 이미지 빔과 업컨버팅 빔의 비선형적 광학 상호작용에 의해서, 테라헤르츠 이미지 빔과 업컨버팅 빔 사이의 합-주파수 발생 또는 차-주파수 발생에 의해 생성되는 하나 또는 두 개의 파장을 특징으로 하는 업컨버트된 이미지 빔을 형성하도록 테라헤르츠 이미지 빔의 적어도 일부분을 업컨버트하도록 배열되는 상기 비선형 광학 매체;
(f) 업컨버트된 이미지 빔의 적어도 일부분을 수용하며 업컨버트된 이미지 빔에 의해 이미지 검출기에 형성되는 업컨버트된 이미지를 검출하도록 배열되는 이미지 검출기; 및
(g) 업컨버팅 빔의 약 108 중의 1 부분(1 part in 108) 미만이 이미지 검출기에 도달하게 하도록 배열되는 이미지 필터링 요소를 포함하며,
(h) 상기 펄스 반복률은 약 1 ㎒ 보다 크며, 업컨버팅 파장은 약 400 nm 내지 약 3500 nm이며, 업컨버팅 대역폭은 약 5 nm 미만이며, 업컨버팅 펄스 지속시간은 약 100 ps 미만인 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치. - 제16항에 있어서,
상기 펄스 반복률은 약 50 ㎒ 내지 약 150 ㎒이며, 업컨버팅 파장은 약 1000 nm 내지 약 1100 nm이며, 업컨버팅 대역폭은 약 2 nm 미만이며, 업컨버팅 펄스 지속시간은 약 10 ps 미만인 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치. - 제16항에 있어서,
상기 테라헤르츠 소스는 공동내 신호 빔과 유휴 빔으로부터 테라헤르츠-발생 매체 내의 차 주파수 발생에 의해 테라헤르츠 이미징 빔을 발생시키도록 배열되는 공동내 테라헤르츠-발생 매체를 포함하는 동시 펌핑되는 광학 파라미터식 발진기를 포함하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치. - 제18항에 있어서,
상기 공동내 테라헤르츠-발생 매체는 공동내 신호 빔과 유휴 빔의 준-위상-정합 차 주파수 발생을 위해 배열되는 비선형 광학 재료의 2개 이상의 광학 접촉 판 스택을 포함하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치. - 제16항에 있어서,
상기 이미지 필터링 요소는 하나 이상의 파장-의존형 필터를 포함하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치. - 제20항에 있어서,
상기 하나 이상의 파장-의존형 필터 중 적어도 하나는 업컨버팅 파장과 업컨버트된 이미지 파장 중 하나 사이에 공칭 컷오프 파장을 갖는 숏-패스 또는 롱-패스 필터를 포함하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치. - 제16항에 있어서,
상기 업컨버팅 빔과 업컨버트된 이미지 빔은 서로에 대해 실질적으로 직각으로 편광되며, 이미지 필터링 요소는 업컨버팅 빔을 실질적으로 차단하도록 배열되는 하나 이상의 편광기를 포함하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치. - 제16항에 있어서,
상기 비선형 광학 매체는 비선형 광학 상호작용이 준-위상-정합 프로세스가 되도록 배열되는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치. - 제23항에 있어서,
상기 비선형 광학 매체는 비선형 광학 재료의 두 개 이상의 광학 접촉 판 스택을 포함하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치. - 제23항에 있어서,
상기 비선형 광학 매체는 두께 약 300 ㎛인 GaAs의 6 내지 12개의 광학 접촉 판 스택을 포함하며, 테라헤르츠 주파수는 약 1.55 THz이며, 업컨버팅 파장은 약 1064 nm인 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치. - 제16항에 있어서,
상기 (i) 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분은 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분을 수집하고 비선형 광학 매체를 통해 전파되도록 테라헤르츠 이미지 빔을 지향시키도록 배열되는 제1 초점 요소를 포함하며, (ii) 물체 및 비선형 광학 매체는 테라헤르츠 이미지 빔이 비선형 광학 매체에 물체에 대한 테라헤르츠 이미지를 형성하도록 제1 초점 요소의 각각의 켤레면에 위치되며, (iii) 하나 이상의 광학 성분은 업컨버트된 이미지 빔의 일부분을 수집하고 이미지 검출기로 전파되도록 업컨버트된 이미지 빔을 지향시키도록 배열되는 제2 초점 요소를 포함하며, 및 (iv) 비선형 광학 매체 및 이미지 검출기는 업컨버트된 이미지 빔이 이미지 검출기에 업컨버트된 이미지를 형성하도록 제2 초점 요소의 각각의 켤레면에 위치되는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치. - 제16항에 있어서,
상기 (i) 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분은 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분을 수집하고 비선형 광학 매체를 통해 전파되도록 테라헤르츠 이미지 빔을 지향시키도록 배열되는, 유효 초점 길이(f1)를 특징으로 하는 제1 초점 요소를 포함하며, (ii) 물체 및 비선형 광학 매체는 테라헤르츠 이미지 빔이 비선형 광학 매체에 물체에 대한 테라헤르츠 이미지의 공간 푸리에 변환을 형성하도록 제1 초점 요소로부터 약 f1의 거리에 각각 위치되며, (iii) 하나 이상의 광학 성분은 업컨버트된 이미지 빔의 일부분을 수집하고 이미지 검출기로 전파되도록 업컨버트된 이미지 빔을 지향시키도록 배열되는, 유효 초점 길이(f2)를 특징으로 하는 제2 초점 요소를 포함하며, 및 (iv) 비선형 광학 매체 및 이미지 검출기는 업컨버트된 이미지 빔이 이미지 검출기에 업컨버트된 이미지를 형성하도록 제2 초점 요소로부터 약 f2의 거리에 각각 위치되는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치. - 제16항에 있어서,
상기 이미지 검출기는 이미징 검출기 어레이의 다중 대응 검출기 요소에서 업컨버트된 이미지 빔의 상이한 공간 부분을 동시에 수용하도록 위치되고 배열되는 이미징 검출기 어레이를 포함하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치. - 제16항에 있어서,
상기 (i) 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분은 테라헤르츠 이미지 빔이 물체로부터 반사되거나 산란된 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분을 포함하도록 배열되며, (ii) 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분 또는 하나 이상의 광학 성분 중 하나 또는 둘 다는 테라헤르츠 이미지 빔의 펄스 트레인과 업컨버팅 빔 사이의 비선형 광학 매체에 상이한 일시적 오프셋을 제공하도록 배열되는 광학 지연선을 포함하며, 및 (iii) 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분 또는 하나 이상의 광학 성분 중 하나 또는 둘 다는 대응하는 상이한 일시적 오프셋에서 습득되는 각각의 업컨버트된 테라헤르츠 이미지가 물체 내의 상이한 깊이에 대응하며, 그에 의해서 물체에 대한 테라헤르츠 단층촬영을 가능하게 하도록 배열되는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치. - 제16항에 있어서,
상기 하나 이상의 테라헤르츠 광학 성분은 테라헤르츠 이미지 빔과 테라헤르츠 기준 빔의 상이한 상대 위상에 의해서 테라헤르츠 기준 빔을 형성하도록 테라헤르츠 이미징 빔의 일부분을 분리해내고 비선형 광학 매체를 통해 동시 전파되도록 테라헤르츠 기준 빔과 테라헤르츠 이미지 빔을 조합하도록 배열되며, 각각의 업컨버트된 이미지의 위치-의존 세기는 테라헤르츠 이미지 빔과 테라헤르츠 기준 빔의 대응하는 상대 위상에 적어도 부분적으로 의존하는 물체에 대한 업컨버트된 테라헤르츠 이미지를 습득하는 장치.
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