一种连续波太赫兹实时水印成像检测装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种成像检测装置及其成像方法，具体地涉及一种连续波太赫兹实时水印成像检测装置及其成像方法。
【背景技术】
[0002]太赫兹(THz)辐射是指振荡频率在0.1THz-1OTHz (ITHz = 112Hz)的电磁波，此波段的电磁辐射具有很多独特的性质:I) THz波对很多介电材料和非极性液体有很好的穿透性，因此太赫兹波可以对不透明物体进行透视成像；2)THz波另一个显著特点是它的安全性，它的光子能量很低，对生物体安全；3)THz波段还包含了丰富的光谱信息，具有良好的光谱分辨特性。因而太赫兹技术在生物医学、安全监测等领域都有独特的优势。
[0003]目前从辐射源考虑，THz成像技术可分为脉冲波THz成像和连续波THz成像两大类。脉冲波THz时域光谱成像是研究最广泛的THz成像技术，主要是利用超短脉冲激发产生THz脉冲，经过时域到频域的转换得到样品各种信息，然后进行数据处理得到THz图像，此方法产生的THz功率低(微瓦级)、成像速度慢、数据处理繁琐。连续波THz成像技术中，THz源可以采用量子级联激光器，但是量子级联激光器输出频率较高，且需要低温运行；还可以采用返波振荡器，其优点是输出频率可调，但其输出频率太低(< 1.5THz) ;co2激光抽运连续波激光器也是产生连续波THz的辐射源，可以室温工作，且输出功率较高，可调频率多，易于操作。从成像方法来考虑，THz成像技术可分为扫描成像和实时成像两大类:扫描成像技术对样品上各点逐次扫描，成像速度慢；而THz实时成像主要采用电光晶体，成像速度快、但成像面积小，检测物体面积较大时需要对辐射光进行扩束。
【发明内容】
[0004]为解决现有成像装置和成像方法中可测样品成像面积较小、成像速度慢、数据处理繁琐的技术问题，本发明提供一种结构简单、操作方便的太赫兹波实时水印成像检测装置和成像方法。
[0005]本发明通过以下技术方案来实现发明目的:
[0006]—种连续波太赫兹实时水印成像检测装置，其特征在于:该装置包括连续波太赫兹辐射源(I)、准直扩束系统(2)、高阻硅片(3)、氩离子激光器(4)、第一离轴抛物面镜(5)、第二离轴抛物面镜出)、样品台(7)、第三离轴抛物面镜(8)、太赫兹波探测器(9)和计算机
(10)；
[0007]所述太赫兹波源(I)依次连接准直扩束系统(2)、高阻硅片(3)、第一离轴抛物面镜(5)、第二离轴抛物面镜￠)、样品台(7)、第三离轴抛物面镜(8)、太赫兹波探测器(9)和计算机(10)；
[0008]所述可调谐氩离子激光器⑷照射到高阻硅片(3)上。
[0009]所述的连续波太赫兹辐射源(I)为返波振荡器、量子级联激光器或co2激光抽运连续波太赫兹辐射源。
[0010]所述的准直扩束系统(2)为开普勒型或伽利略型准直扩束系统。
[0011]所述的高阻娃片⑶厚度h = 400 μ m，半径r = 25mm，电阻率10000 Ω cm。
[0012]所述的太赫兹波探测器(9)为焦平面阵列探测器，探测灵敏度高，实时性好。
[0013]所述的太赫兹波探测器(9)选用日本NEC公司的IRV-T0831C焦平面阵列相机。
[0014]一种连续波太赫兹实时水印成像检测方法，包括以下步骤:
[0015]a.连续波太赫兹辐射源(I)发射出太赫兹信号，信号准直扩束系统(2)后通过第一离轴抛物面镜(5)和第二离轴抛物面镜(6)进行二次扩束，然后传输至样品台(7);
[0016]b.从样品透射出来的太赫兹信号经第三离轴抛物面镜(8)汇聚并传输至所述太赫兹波探测器(9);
[0017]c.所述太赫兹波探测器(9)将接收到的汇聚太赫兹波转换为电信号并输入到计算机(10);
[0018]d.通过太赫兹波探测器(9)自带软件对图像进行实时成像显示；
[0019]e.通过可调谐氩离子激光器(4)是否照射到高阻硅片上，实现对太赫兹波的开、关控制，进而实现对该成像系统的成像帧数控制。
[0020]本发明的优点在于:
[0021]a.对太赫兹波束进行了二次扩束，在样品台能够对面积较大的物体进行检测；
[0022]b.利用可调谐氩离子激光是否照射到高阻硅片上，实现对检测装置的开、关控制，能够对显示图像帧数进行控制；
[0023]c.利用焦平面阵列探测器及其自带软件对图像进行实时成像显示，探测灵敏度高，实时性好；
[0024]d.本发明应用的太赫兹波能量低，装置使用安全，不会对人体造成任何辐射威胁，不存在放射性污染。
【附图说明】
[0025]图1本发明成像装置结构图
[0026]图2 (a) 5元人民币水印成像图
[0027]图2 (b) 20元人民币水印成像图
[0028]图中，连续波太赫兹辐射源(I)、准直扩束系统(2)、高阻硅片(3)、氩离子激光器
(4)、第一离轴抛物面镜(5)、第二离轴抛物面镜(6)、样品台(7)、第三离轴抛物面镜(8)、太赫兹波探测器(9)和计算机(10)
【具体实施方式】
[0029]如附图所示，一种连续波太赫兹实时水印成像检测装置，包括连续波太赫兹辐射源(I)、准直扩束系统(2)、高阻硅片(3)、氩离子激光器(4)、第一离轴抛物面镜(5)、第二离轴抛物面镜(6)、样品台(7)、第三离轴抛物面镜(8)、太赫兹波探测器(9)和计算机(10);
[0030]所述的连续波太赫兹辐射源(I)经准直扩束系统(2)后被准直扩束，到达高阻硅片(3)，由氩离子激光器(4)是否照射到高阻硅片实现对检测装置的开、关控制，通过第一离轴抛物面镜(5)和第二离轴抛物面镜(6)进行扩束后照射到样品台(7)的待测含有样品上，连续波太赫兹透过样品后被第三离轴抛物面镜(8)聚焦，再利用太赫兹波探测器(9)成像，并将成像数据输入到计算机(10)进行实时在线处理与显示。
[0031]所述的连续波太赫兹辐射源(I)为返波振荡器、量子级联激光器或co2激光抽运连续波太赫兹辐射源。
[0032]所述的准直扩束系统(2)为开普勒型或伽利略型准直扩束系统。
[0033]实施例
[0034]选择美国相干公司的SIFIR-50co2激光抽运连续波太赫兹辐射源，调节频率到
2.52THzo设计的高阻硅厚度h = 400 μπι，高阻硅片的半径为r = 25mm，高阻硅电阻率10000 Ω Cm，可调谐氩离子激光器工作波长514nm，光束直径0.75mm，功率2W。使相应频率的太赫兹波聚焦在预设的高阻硅中间位置。太赫兹波探测器(9)选用日本NEC公司的IRV-T0831C焦平面阵列相机，通过USB接口与计算机(10)相连，探测灵敏度高，实时性好。
[0035]—种连续波太赫兹实时水印成像检测方法，包括以下步骤:
[0036]a.连续波太赫兹辐射源(I)发射出太赫兹信号，信号准直扩束系统(2)后通过第一离轴抛物面镜(5)和第二离轴抛物面镜(6)进行二次扩束，然后传输至样品台(7);
[0037]b.从样品透射出来的太赫兹信号经第三离轴抛物面镜(8)汇聚并传输至所述太赫兹波探测器(9);
[0038]c.所述太赫兹波探测器(9)将接收到的汇聚太赫兹波转换为电信号并输入到计算机(10);
[0039]d.通过太赫兹波探测器(9)自带软件对图像进行实时成像显示；
[0040]e.由氩离子激光器(4)是否照射到高阻硅片上，来决定太赫兹波能否通过高阻硅片，以实现对太赫兹波的开、关，当无外加氩离子激光时，高阻硅片对太赫兹波无衰减，太赫兹波可以通过高阻硅片；当有外加的氩离子激光时，由于高阻硅片内部产生光激发载流子，载流子对太赫兹波产生吸收作用，此时高阻硅片对太赫兹波有衰减，太赫兹波不能通过高阻硅片，通过调谐氩离子激光器(4)来对该成像系统的成像帧数进行控制。
【主权项】
1.一种连续波太赫兹实时水印成像检测装置，其特征在于:该装置包括连续波太赫兹辐射源(I)、准直扩束系统(2)、高阻硅片(3)、氩离子激光器(4)、第一离轴抛物面镜(5)、第二离轴抛物面镜￠)、样品台(7)、第三离轴抛物面镜(8)、太赫兹波探测器(9)和计算机(10)； 所述太赫兹波源(I)依次连接准直扩束系统(2)、高阻硅片(3)、第一离轴抛物面镜(5)、第二离轴抛物面镜(6)、样品台(7)、第三离轴抛物面镜(8)、太赫兹波探测器(9)和计算机(10); 所述可调谐氩离子激光器(4)照射到高阻硅片(3)上。2.根据权利要求1所述的一种连续波太赫兹实时水印成像检测装置，其特征在于:所述的连续波太赫兹辐射源(I)为返波振荡器、量子级联激光器或co2激光抽运连续波太赫兹辐射源。3.根据权利要求1所述的一种连续波太赫兹实时水印成像检测装置，其特征在于:所述的准直扩束系统(2)为开普勒型或伽利略型准直扩束系统。4.根据权利要求1所述的一种连续波太赫兹实时水印成像检测装置，其特征在于:所述的高阻娃片⑶厚度h = 400 μ m，半径r = 25mm,电阻率10000 Ω cm。5.根据权利要求1所述的一种连续波太赫兹实时水印成像检测装置，其特征在于:所述的太赫兹波探测器(9)为焦平面阵列探测器。6.根据权利要求1和5所述的一种连续波太赫兹实时水印成像检测装置，其特征在于:所述的太赫兹波探测器(9)选用日本NEC公司的IRV-T0831C焦平面阵列相机。7.—种连续波太赫兹实时水印成像检测方法，包括以下步骤: a.连续波太赫兹辐射源(I)发射出太赫兹信号，信号准直扩束系统(2)后通过第一离轴抛物面镜(5)和第二离轴抛物面镜(6)进行二次扩束，然后传输至样品台(7); b.从样品透射出来的太赫兹信号经第三离轴抛物面镜(8)汇聚并传输至所述太赫兹波探测器(9); c.所述太赫兹波探测器(9)将接收到的汇聚太赫兹波转换为电信号并输入到计算机(10)； d.通过太赫兹波探测器(9)自带软件对图像进行实时成像显示； e.通过可调谐氩离子激光器(4)是否照射到高阻硅片上，实现对太赫兹波的开、关控制，进而实现对该成像系统的成像帧数控制。
【专利摘要】本发明公开了一种连续波太赫兹实时水印成像检测装置及其方法，检测装置包括连续波太赫兹辐射源、准直扩束系统、高阻硅片、氩离子激光器、离轴抛物面镜、样品台、太赫兹波探测器和计算机。本发明利用准直扩束系统将太赫兹波准直为平行光束，并经离轴抛物面镜进行二次扩束，透过样品后将其聚焦到太赫兹波探测器，通过计算机对图像进行实时成像显示，并且利用氩离子激光是否照射到高阻硅片上，实现对检测装置的开、关控制。本发明的连续波太赫兹实时水印成像检测装置具有结构紧凑，响应速度快，开关方便，可以对水印进行实时成像，具有重要的实际应用价值，还可以对隐藏在报纸、织物、塑料等包裹物内的金属危险品进行无损探测。
【IPC分类】G07D7/12, G01N21/84
【公开号】CN105181697
【申请号】CN201510593343
【发明人】申彦春, 赵国忠, 刘影, 王佳
【申请人】首都师范大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月18日