一種量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源數(shù)字全息成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及全息成像系統(tǒng)，尤其涉及一種量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源數(shù)字全息成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲(THz)波是指頻率從0.1THz到ΙΟΤΗζ，介于毫米波與紅外光之間的電磁波，具有安全性、寬帶性、“指紋譜特性”和穿透性等特點(diǎn)。THz波具有重要的科學(xué)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，在基礎(chǔ)科學(xué)、材料研究、生物醫(yī)學(xué)、國家公共安全等多個(gè)領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢。
[0003]太赫茲波應(yīng)用可分為太赫茲波成像、太赫茲波譜分析、太赫茲波通信三個(gè)方向。太赫茲波成像不僅能對物體進(jìn)行結(jié)構(gòu)成像，而且還能進(jìn)行功能成像，即不但能顯示物體的輪廓，而且能識(shí)別物體的種類。特別是對于可見光不能透過、而X射線成像對比度又不夠的場合，太赫茲波成像幾乎是唯一的選擇；它與微波成像、X射線成像、超聲波成像等形成強(qiáng)烈的互補(bǔ)優(yōu)勢，尤其適用于非金屬與非極性材料的成像研究。
[0004]太赫茲波成像可分為太赫茲波全息成像、太赫茲波掃描成像與太赫茲波層析成像三大類。由于太赫茲波全息成像的全息圖記錄了物光場的全部信息，因此可以通過對光束傳播行為的數(shù)值計(jì)算獲得任意平面上的光波場分布，從而達(dá)到消除太赫茲波衍射效應(yīng)的作用；此外，太赫茲波全息成像與常規(guī)焦平面成像相比，其焦平面可自由選擇，避免了光路裝調(diào)誤差對成像結(jié)果的影響，且可采用大數(shù)值孔徑成像，易于提升圖像的空間分辨率。
[0005]太赫茲波數(shù)字全息成像用探測器替代了原有的膠片，并用計(jì)算機(jī)來處理探測器所獲得的圖像信息，從而再現(xiàn)出物體的精細(xì)結(jié)構(gòu)。目前，太赫茲源數(shù)字全息成像系統(tǒng)還未產(chǎn)品化，為了提高太赫茲源數(shù)字全息成像系統(tǒng)的空間分辨率，現(xiàn)階段的成像系統(tǒng)皆選用高頻(大于I太赫茲)太赫茲源一英國EI公司的FIRL系列產(chǎn)品(最高頻率可到7.5THz)作為光源，該太赫茲源具有輸出功率大(最高可接近200mW)、光束品質(zhì)好、多頻點(diǎn)選擇等優(yōu)點(diǎn)；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、輸出功率不穩(wěn)定等缺點(diǎn)決定了基于該太赫茲源的數(shù)字全息成像系統(tǒng)只能用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，無法實(shí)現(xiàn)模塊化、小型化與產(chǎn)品化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]申請人在研發(fā)過程中對太赫茲源數(shù)字全息成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和成像過程進(jìn)行了深入研究，在保證成像效果的基礎(chǔ)上，以量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源作為太赫茲波光源，簡化了整個(gè)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了全息成像系統(tǒng)的小型化、模塊化，便于產(chǎn)品快速應(yīng)用。
[0007]具體地說，本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]—種量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源數(shù)字全息成像系統(tǒng)，包括量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源、光束整形模塊、全息光路模塊、圖像探測與采集模塊，量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源的光束經(jīng)光束整形模塊的透鏡平行聚焦在第一離軸拋物鏡上反射后由第二離軸拋物鏡平行射向全息光路模塊的分束片，分束片將整形光束分為兩路光束，第一路光束經(jīng)第一反射鏡透過樣品臺(tái)上的待成像物體形成攜帶物體信息的物光，照射至合光鏡；第二路光束經(jīng)第二反射鏡照射至合光鏡作為參考光；合光鏡上的物光和參考光發(fā)生干涉現(xiàn)象由圖像探測與采集模塊進(jìn)行米集。
[0009]在上述結(jié)構(gòu)中，采用量子級(jí)聯(lián)激光器作為太赫茲波光源，其宏觀尺寸在毫米量級(jí)，完成封裝后也只有火柴盒一般大小，有效降低了產(chǎn)品體積；在使用時(shí)其置于斯特林制冷機(jī)低溫平臺(tái)上，抽真空降溫通電即可輸出1-1OmW的太赫茲波。為了克服量子級(jí)聯(lián)激光器衍射效應(yīng)和發(fā)散的弊端，使用了特定的光束整形模塊顯著提高了光源的光束質(zhì)量，保證了后續(xù)的全息成像效果。
[0010]其中所用的圖像探測與采集模塊通常是采用CCD或CMOS等器件接收參考光和物光的干涉條紋場，由圖像采集卡將其傳入電腦記錄數(shù)字全息圖。
[0011]在本實(shí)用新型中，為了實(shí)現(xiàn)物體結(jié)構(gòu)的精細(xì)成像，第一反射鏡與合光鏡的光路上，在待成像物體與合光鏡之間設(shè)有預(yù)放大物鏡。
[0012]由于上述放大鏡的存在，使得達(dá)到合光鏡的物光帶有更精確、更清晰地物體信息。
[0013]在本實(shí)用新型中，在第二反射鏡與合光鏡的光路上設(shè)有光強(qiáng)調(diào)節(jié)器。
[0014]通過使用光強(qiáng)調(diào)節(jié)器，使得物參光在更準(zhǔn)確的條件下產(chǎn)生條紋干涉。
[0015]為了濾除雜波，降低后期的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)，在合光鏡與圖像探測與采集模塊之間的光路上設(shè)有濾波片。
[0016]考慮到數(shù)字全息成像中常見的雜波類型，所述濾波片優(yōu)選為紅外濾波片。
[0017]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，為了實(shí)現(xiàn)全息成像的觀察和利用，所述圖像探測與采集模塊連接有數(shù)據(jù)處理與再現(xiàn)系統(tǒng)。
[0018]通常上述的數(shù)據(jù)處理與再現(xiàn)系統(tǒng)是電腦，電腦的運(yùn)算單元利用菲涅爾衍射原理在CPU中模擬光學(xué)衍射過程，實(shí)現(xiàn)全息圖的數(shù)字再現(xiàn)；最后利用數(shù)字圖像基本原理再現(xiàn)的全息圖進(jìn)行進(jìn)一步處理，去除數(shù)字干擾，得到清晰的全息圖像，并顯示在所連接的顯示器上。
[0019]與傳統(tǒng)的全息成像系統(tǒng)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)方案基于量子級(jí)聯(lián)激光器研制的太赫茲源數(shù)字全息成像系統(tǒng)體積不高于1.2mX0.8mX 1.2m(LXWXH)，重量可控制在200kg之內(nèi)，方便移動(dòng)、且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化、小型化，可實(shí)現(xiàn)對非金屬與非極性材料的結(jié)構(gòu)與功能成像，便于在市場上大規(guī)模銷售和應(yīng)用。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源數(shù)字全息成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]在附圖中，各數(shù)字含義如下:1.量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源，2.透鏡，3.離軸拋物鏡，4.離軸拋物鏡，5.分束片，6.反射鏡，7.光強(qiáng)調(diào)節(jié)器，8.反射鏡，9.樣品臺(tái)，10.透鏡，
11.合光鏡，12.紅外濾波片，13.圖像探測與采集系統(tǒng)，14.數(shù)據(jù)處理與再現(xiàn)系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。如下所提供的技術(shù)方案僅為示意性，并不對本實(shí)用新型構(gòu)成特別限制。
[0023]如圖1所示，本實(shí)用新型的量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源數(shù)字全息成像系統(tǒng)，包括如下結(jié)構(gòu):量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源1、光束整形模塊、全息光路模塊、圖像探測與采集模塊13ο
[0024]其中，光束整形模塊包括透鏡2、相對設(shè)置的第一離軸拋物鏡3、第二離軸拋物鏡4，透鏡2將量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源射出的發(fā)散光束形成平行光射向第一離軸拋物鏡3 (調(diào)整距離使得量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源I位于透鏡2的焦點(diǎn)位置即可)，經(jīng)過與第一離軸拋物鏡3對稱設(shè)計(jì)的第二離軸拋物鏡4后射出，實(shí)現(xiàn)光束的完全整形，防止雜亂光束影響成像效果；全息光路模塊包括分束片5、第一反射鏡8、第二反射鏡6，整形的光束經(jīng)分束片5形成物參兩路光束，一路經(jīng)第一反射鏡8透過樣品臺(tái)9上的待成像物體形成攜帶物體信息的物光，照射至合光鏡11上；另一路經(jīng)第二反射鏡6照射至合光鏡11，從而在合光鏡發(fā)生干涉現(xiàn)象形成全息圖形；圖像探測與采集模塊13為CCD和圖像采集卡，由CCD接收參考光和物光的干涉條紋場，由圖像采集卡將其傳入電腦記錄數(shù)字全息圖；最終數(shù)字全息圖進(jìn)入數(shù)據(jù)處理與再現(xiàn)系統(tǒng)14(即電腦)進(jìn)行處理和成像顯示。
[0025]為了改善成像效果，在樣品臺(tái)9上的物體與合光鏡11之間設(shè)有預(yù)放大物鏡10，在第二反射鏡6與合光鏡11之間設(shè)有光強(qiáng)調(diào)節(jié)器7，在合光鏡11與圖像探測與采集模塊13之間設(shè)有紅外濾波器12。
[0026]上述結(jié)構(gòu)的工作原理如下:量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源輸出太赫茲波，經(jīng)透鏡與第一、第二離軸拋物鏡組成的光束整形模塊進(jìn)行光束整形，再經(jīng)分束片形成物參兩路光束，一路經(jīng)第一反射鏡透過樣品臺(tái)上的物體形成攜帶物體信息的物光，經(jīng)預(yù)放大物鏡收集并照射至合光鏡上；另一路經(jīng)第二反射鏡并通過光強(qiáng)調(diào)節(jié)器照射至合光鏡上。合光鏡上的物參光發(fā)生干涉現(xiàn)象形成全息圖形，經(jīng)紅外濾波片濾波后進(jìn)行圖像探測與采集，數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理與再現(xiàn)系統(tǒng)再現(xiàn)出物體的精細(xì)結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源數(shù)字全息成像系統(tǒng)，其特征在于包括量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源、光束整形模塊、全息光路模塊、圖像探測與采集模塊，量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源的光束經(jīng)光束整形模塊的透鏡平行聚焦在第一離軸拋物鏡上反射后由第二離軸拋物鏡平行射向全息光路模塊的分束片，分束片將整形光束分為兩路光束，第一路光束經(jīng)第一反射鏡透過樣品臺(tái)上的待成像物體形成攜帶物體信息的物光，照射至合光鏡；第二路光束經(jīng)第二反射鏡照射至合光鏡作為參考光；合光鏡上的物光和參考光發(fā)生干涉現(xiàn)象由圖像探測與米集模塊進(jìn)行米集。2.根據(jù)權(quán)利要求1的全息成像系統(tǒng)，其特征在于在第一反射鏡與合光鏡的光路上，在待成像物體與合光鏡之間設(shè)有預(yù)放大物鏡。3.根據(jù)權(quán)利要求1的全息成像系統(tǒng)，其特征在于在第二反射鏡與合光鏡的光路上設(shè)有光強(qiáng)調(diào)節(jié)器。4.根據(jù)權(quán)利要求1的全息成像系統(tǒng)，其特征在于在合光鏡與圖像探測與采集模塊之間的光路上設(shè)有濾波片。5.根據(jù)權(quán)利要求4的全息成像系統(tǒng)，其特征在于濾波片為紅外濾波片。6.根據(jù)權(quán)利要求1的全息成像系統(tǒng)，其特征在于圖像探測與采集模塊連接有數(shù)據(jù)處理與再現(xiàn)系統(tǒng)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源數(shù)字全息成像系統(tǒng)，包括量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源、光束整形模塊、全息光路模塊、圖像探測與采集模塊，量子級(jí)聯(lián)激光器太赫茲源的光束經(jīng)光束整形模塊的透鏡平行聚焦在第一離軸拋物鏡上反射后由第二離軸拋物鏡平行射向全息光路模塊的分束片，分束片將整形光束分為兩路光束，第一路光束經(jīng)第一反射鏡透過樣品臺(tái)上的待成像物體形成攜帶物體信息的物光，照射至合光鏡；第二路光束經(jīng)第二反射鏡照射至合光鏡作為參考光；合光鏡上的物光和參考光發(fā)生干涉現(xiàn)象由圖像探測與采集模塊進(jìn)行采集。本實(shí)用新型的全息成像系統(tǒng)對非金屬與非極性材料的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行精細(xì)成像，并且整個(gè)系統(tǒng)模塊化、小型化。
【IPC分類】G03H1/12
【公開號(hào)】CN204925626
【申請?zhí)枴緾N201520706211
【發(fā)明人】吳衛(wèi)東, 黎維華, 蔣濤, 王雪敏, 鄧青華, 樊龍, 沈昌樂, 湛治強(qiáng), 閻大偉, 王新明, 彭麗萍, 趙妍
【申請人】中國工程物理研究院激光聚變研究中心
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月14日