電磁波譜中的太赫茲波段（1-10THz）是一個(gè)相對(duì)未被大家深入研究的波段。太赫茲波段的一個(gè)重要的特點(diǎn)就是太赫茲波對(duì)衣物，陶瓷，塑料以及包裝盒材料等非極性材料具有高的穿透性，這使得太赫茲可以在國(guó)防，安檢，生產(chǎn)過(guò)程等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)有吸引力的無(wú)損探測(cè)功能。太赫茲波同時(shí)對(duì)生物組織也是無(wú)損傷的，因此它也可以對(duì)生物組織以及藥品進(jìn)行無(wú)損成像。但是太赫茲源和探測(cè)器的稀缺讓太赫茲波的實(shí)際應(yīng)用受到阻礙。

      對(duì)于一個(gè)實(shí)用的太赫茲成像系統(tǒng)，高功率源和高效率檢測(cè)相結(jié)合是可行且必需的。檢測(cè)太赫茲有兩種方法:1）直接探測(cè)，即使用能夠感應(yīng)太赫茲波的檢測(cè)器；2)主動(dòng)探測(cè)，其中太赫茲光束與光頻率場(chǎng)混頻，探測(cè)其混頻場(chǎng)。直接探測(cè)器往往速度慢且缺乏靈敏度，這使得它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中很麻煩。主動(dòng)檢測(cè)依賴于一個(gè)非線性過(guò)程，其中太赫茲光束被轉(zhuǎn)換到一個(gè)光信號(hào)。太赫茲輻射可以與可見(jiàn)光或近紅外光非線性混合，產(chǎn)生“上-”轉(zhuǎn)換后的信號(hào)可以被高度靈敏、快速和相對(duì)便宜的CCD或CMOS檢測(cè)到相機(jī)。太赫茲到光學(xué)的轉(zhuǎn)換效率取決于所使用的峰值功率，因此是短脈沖是可取的。因?yàn)槭褂玫慕t外光通常比上轉(zhuǎn)換光波強(qiáng)很多個(gè)數(shù)量級(jí)，提高圖像質(zhì)量需要最大限度的增加混頻光，并且盡可能多的移除背景噪聲。

TPO太赫茲參數(shù)振蕩器是太赫茲上轉(zhuǎn)換成像的理想光源

• THz和IR輻射的同步脈沖。
• 高重頻在上轉(zhuǎn)換信號(hào)中提供高平均功率，易于檢測(cè)CCD或CMOS相機(jī)的探測(cè)。
• 窄帶脈沖產(chǎn)生的頻譜分離上轉(zhuǎn)換信號(hào)可以利用彩色濾光片從強(qiáng)泵浦光束中分離出來(lái)。
• 短脈沖有效地驅(qū)動(dòng)非線性上轉(zhuǎn)換過(guò)程

 圖1所示。實(shí)驗(yàn)圖顯示了THz非線性成像裝置。THz輻射入射到一個(gè)物體上(“物體”) 然后聚焦到一個(gè)位于傅里葉變換平面上的非線性晶體中。在1064nm處的紅外光譜結(jié)束與晶體中的太赫茲光重疊，將太赫茲圖像的空間頻率向上轉(zhuǎn)換到中紅外。使用鏡頭在CCD或CMOS相機(jī)上對(duì)上轉(zhuǎn)換光進(jìn)行反變換，形成圖像。一個(gè)是偏光鏡和長(zhǎng)通濾波器用于去除殘留的1064 nm光，只留下1070 nm的上轉(zhuǎn)換光。

圖2所示：上轉(zhuǎn)換光的光譜。少量殘余泵光@1063.8 nm時(shí)，而在1069.5nm處出現(xiàn)了一個(gè)強(qiáng)峰值，對(duì)應(yīng)于這個(gè)差值正是泵浦紅光和THz

（與任何非線性交互作用一樣，上轉(zhuǎn)換過(guò)程的效率隨著峰值功率的增加而增加。因此，較短的脈沖提供了較高的信號(hào)功率的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)保持較窄的帶寬，上轉(zhuǎn)換信號(hào)的頻譜可以很好地與強(qiáng)紅外光分離(圖2)，起到了濾波作用。

圖3，以每秒8幀的速度拍攝的視頻。中間一列是未處理圖像，右邊一列是圖像顯示歸一化的結(jié)果。

       泵浦光束與上轉(zhuǎn)換光束光譜分離的能力是該方法的關(guān)鍵因?yàn)樗茉诤苌倩驔](méi)有圖像處理的情況下實(shí)現(xiàn)快速成像。實(shí)時(shí)圖像可以采取簡(jiǎn)單將一個(gè)物體置于THz光束中。如果光束的參考圖像是在物體插入之前拍攝的，則對(duì)圖像進(jìn)行歸一化處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)視場(chǎng)的相對(duì)傳輸量的真實(shí)測(cè)量時(shí)間。圖3突出顯示了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)成像功能。左邊的一列是對(duì)象和中心列顯示沒(méi)有圖像處理的以8幀/秒拍攝的視頻的一幀。在右邊的柱，圖像已經(jīng)被光束的參考圖像分割，該參考圖像是在光束之前拍攝的視頻。最上面一排顯示了隱藏在電子膠帶中的剃須刀片，這清楚地顯示了它的穿透能力帶子露出了金屬刀片。第二行是葉子的傳輸圖像，顯示了其靜脈結(jié)構(gòu)。

      輸出頻率為1.5 THz是通過(guò)大氣透射窗傳播的理想頻率。另外波長(zhǎng)200um足以使得其分辨率分辨出大部分小物體。成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的測(cè)量使用傾斜邊緣方法，成像如圖4a所示。圖4b中的MTF計(jì)算結(jié)果顯示在0.5行對(duì)/處的值為0.4毫米，為毫米級(jí)的成像提供足夠的對(duì)比度。

圖4，利用刀口圖像(a)獲得調(diào)制傳遞函數(shù)(b)。

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