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近年,太赫兹波技术引起科技人员的广泛研究。太赫兹波技术以其较低的光子能量、较高的穿透性、丰富的光谱信息在生物医学、安全监测等领域都展示了独特的优势。太赫兹波辐射源和太赫兹波探测技术影响着其他一切太赫兹波科学和技术研究的发展。太赫兹波成像技术则是太赫兹波应用中的一个重要领域。目前国际上对太赫兹波成像装置的研究以基于太赫兹时域光谱的透射和反射成像装置为主。但该方法中成像元件需要在扫描点上暂停,耗时太长,图像对比度不高。相比于脉冲太赫兹波,连续太赫兹波产生装置结构更为简单、输出功率更高,在实际成像应用中更有优势。本论文为连续太赫兹波成像与探测技术研究,是太赫兹波应用的关键技术。
本论文利用光泵连续波太赫兹源(0.3-7THz,平均可达50mW),探讨基于热释电原理的太赫兹应用技术,涉及到利用热释电面阵相机的实时成像和利用红外热释电元件的探测与扫描成像。
(1) 基于热释电相机(124×124阵列)获得了连续太赫兹波实时成像。在2.52THz,1.89THz和1.63 THz连续太赫兹波下得到了的稳定实时成像,成像面积达25mm×25mm。
(2) 研制了连续太赫兹波实时透射成像系统,得到了连续太赫兹波实时图像,针对太赫兹波纸币鉴伪这一特殊应用领域,进行了详细研究。
(3) 利用直方图法分析了太赫兹波实时图像的特点,研究了连续太赫兹实时图像增强与拼接成像的方法,提高了成像效果。介绍了软件设计的过程,给出了软件界面。
(4) 对各种红外元件的太赫兹波响应数据进行了分析,选择了适当的探测元(LHI778),并探索了信号放大的方法,设计了探测器。实验证明该太赫兹波探测器可稳定工作于2.52THz,1.89THz和1.63 THz连续太赫兹波;适用于0mW-50mW之间非相干探测,响应度达到1000V/W以上。
(5) 为了进一步测试探测器性能,在自制探测器的基础上,进一步研制了连续太赫兹波的扫描成像装置,获得了200mm×130mm范围的二维点扫描成像。本论文给出了探测器性能的测试数据和各种样品的连续太赫兹波扫描图像。