一种基于共焦波导的太赫兹超分辨成像系统和方法与流程

本发明涉及太赫兹及毫米波超分辨成像领域，特别是涉及一种基于共焦波导的太赫兹超分辨成像系统和方法。

背景技术：

高分辨高质量的太赫兹或毫米波成像由于其透视性和安全无损特性成为了成像领域极有前景的技术，已经开始应用在了国防安全、制药化工、无损检测、食品检验，材料表征，生物医学等领域中。早在1995年就有人报道了基于太赫兹时域光谱系统的太赫兹成像技术，从此以后各种太赫兹成像技术被提出，包括：面阵实时成像技术，近场成像技术，极化成像，共焦成像技术等等。相比于其他成像技术，共焦成像的原理最早被minsky在1955年提出并应用于光学波段的成像。由于其能够有效遮挡离焦杂散光，提高信噪比，使得光学共焦显微镜具有良好的成像质量。2006年，m.a.salhi等人将共焦技术引入太赫兹成像取得了良好的结果，至此，太赫兹共焦成像技术开始被深入研究。

但是，共焦技术虽然能够提高成像质量，但是受限于传统透镜成像理论，高空间频率不能有效传播，无法突破衍射极限，成像分辨率大概在1~4倍波长，难以实现突破衍射极限的超分辨成像。并且太赫兹透镜存在较大损耗，自由空间中的水汽也会对太赫兹造成吸收损耗，因此，基于自由空间的共焦透镜成像系统会造成太赫兹波能量的较大损失。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种基于共焦波导的太赫兹超分辨成像系统和方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于共焦波导的太赫兹超分辨成像系统，所述系统包括：

太赫兹或毫米波源，用于发出毫米波或太赫兹波；

针孔，设置在所述源的出射光路上，用于得到太赫兹或毫米波透射光；

第一共焦波导，设置在所述或太赫兹波毫米波透过针孔后的出射光路上，用于传输太赫兹或毫米波并对其聚焦；

成像目标，设置在第一波导的焦点位置；

二维扫描机构，用于控制成像目标进行扫描成像；

第二共焦波导，设置在太赫兹或毫米波透过成像目标的出射光路上，用于传输和聚焦透射波；

探测器，设置在第二波导的焦点位置，用于探测太赫兹或毫米波的强度，最终实现成像。

可选的，共焦波导可以是圆形，矩形或不规则形状的金属空心波导。

可选的，共焦波导可以是3d打印低损耗空心波导。

可选的，所述针孔的直径小于入射的太赫兹或毫米波波长。

可选的，所述共焦波导的尺寸受限于其截止波长，而截止波长必须大于入射太赫兹的波长。

一种基于共焦波导的太赫兹超分辨成像方法，所述方法应用上述成像系统，所述方法包括：

获取源发出的太赫兹或毫米波；

所述太赫兹或毫米波透过针孔，得到透射波；

所述透射波进入第一共焦波导，得到第一出射波；

所述第一出射波对成像目标进行透射或反射，得到第二出射波；

所述第二出射波进入第二共焦波导，得到第三出射波；

所述第三出射波进入太赫兹或毫米波探测器，其能量被探测；

对所述成像目标进行二维扫描，实现成像。

可选的，在对所述透射波进入第一共焦波导，得到第一出射波之前还包括：

测量标定共焦波导的焦距。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

（1）基于共焦波导的成像系统继承了传统共焦成像系统高信噪比，高质量的优点；

（2）用波导代替透镜聚焦太赫兹或毫米波，能够实现亚波长聚焦，实现超分辨；

（3）用波导代替透镜传输太赫兹或毫米波，能够减小传输损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例共焦波导太赫兹成像系统的结构框图；

图2为0.1thz（3mm波长）共焦波导系统成像得到的隐藏在纸片里面的最小尺寸为1mm金属条的太赫兹图像；

图3为本发明实施例共焦波导太赫兹成像方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例共焦波导太赫兹成像系统的结构框图。如图1所示，一种共焦波导太赫兹成像系统包括：

太赫兹源1，用于发出太赫兹波。

针孔2，设置在所述源1的出射光路上，用于得到透射波；针孔的直径小于入射的太赫兹波波长。

第一共焦波导3，设置在所述太赫兹波透过针孔2后的出射光路上，用于传输太赫兹并对其聚焦；所述共焦波导3可以是圆形，矩形或不规则形状的金属空心波导，也可以是3d打印低损耗空心波导；所述共焦波导3的尺寸受限于其截止波长，而截止波长必须大于入射太赫兹的波长。

成像目标4，设置在波导3的焦点位置。

二维扫描机构5，用于控制成像目标4进行扫描成像。

第二共焦波导6，设置在太赫兹透过成像目标4的出射光路上，用于传输和聚焦透射波；所述共焦波导6可以是圆形，矩形或不规则形状的金属空心波导，也可以是3d打印低损耗空心波导；所述共焦波导6的尺寸受限于其截止波长，而截止波长必须大于入射太赫兹的波长。

探测器7，设置在波导6的焦点位置，用于探测太赫兹的强度，最终实现成像。

共焦波导成像原理如下：

太赫兹源发出太赫兹波，通过针孔滤波之后，被波导3局域，以亚波长光斑聚焦在目标物体的一点上，携带了该点物体信息的太赫兹波通过波导6被聚焦在探测器上，通过二维扫描机构5的扫描，实现了对目标物体进行二维成像。

图2为利用0.1thz（3mm波长）源的共焦波导超分辨成像系统得到的隐藏在纸片里面的1mm金属条的太赫兹图像。可以看到1mm的金属细条能够被分辨，系统的分辨率达到了三分之一波长，实现了超分辨。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

（1）基于共焦波导的成像系统继承了传统共焦成像系统高信噪比，高质量的优点；

（2）用波导代替透镜聚焦太赫兹或毫米波，能够实现亚波长聚焦，实现超分辨；

（3）用波导代替透镜传输太赫兹或毫米波，能够减小传输损耗。

图3为本发明实施例基于共焦波导的太赫兹超分辨成像方法的流程图。如图3所示，一种基于共焦波导的太赫兹超分辨成像方法包括：

步骤301：获取毫米波或太赫兹源发出的毫米波或太赫兹波。

步骤302：所述毫米波或太赫兹透过针孔，得到透射波。

步骤303：所述透射波进入第一共焦波导，得到第一出射波。

步骤304：所述第一出射波对成像目标进行透射或反射，得到第二出射波。

步骤305：所述第二出射波进入第二共焦波导，得到第三出射波。

步骤306：所述第三出射波进入毫米波或太赫兹探测器，其能量被探测。

步骤307：对所述成像目标进行二维扫描，实现成像。

在对所述透射波进入第一共焦波导，得到第一出射波之前还包括：测量标定共焦波导的焦距。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。