第35卷，第1期 2015年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.35,No.1:Pp1-4
January,2015
一种有效提高太赫兹时域光谱装置成像空间分辨率的方法
张增艳，吉特，朱智勇，赵红卫，陈敏，肖体乔，郭智*
中国科学院上海应用物理研究所，上海201800
摘要太赫兹波成像技术一个最显著的制约因素是其有限的空间分辨率。提出通过在样品前加小孔的方法来提高传统太赫慈时域光谱装置成像的空间分辨率。采用在样品前约2mm处加直径为0.5mm小孔的方法使成像的空间分辨率从1.276mm提高到0.774mm，提高0.502mm，约39%。通过这个简单的方法在传统的太标兹时域光谱成像装置上实现了空间分辨率从毫来量级到亚毫来量级的提高。聚之烯板上直径为1 mm的小孔被作为成像的研究对象，分别采用传统的太赫兹时域光谱装置对样品进行直接成像和在样品前约2mm处加直径为0.5mm的小孔后对样品成像两种方式，并采用损失成像中信巢比较好的能量损失成像，对比两种方式得到的样品的太赫兹像，结果显示聚乙烯板上小孔的边界加小孔后成像比不加小孔直接成像明显清晰。证实了在样品前加小孔可以有效的提高太赫兹成像系统的空间分辨率。从理论上对通过在样品前加小孔提高系统空间分辨率的方法进行了分析，指出小孔尺寸越小，系统的空间相干长度越大，空间分辨率越高，但同时太赫慈信号的强度会相应减小。该方法可以简单有效的提高太赫兹时域光谱装置成像
的空间分辨率，从而进一步拓展太赫兹谱成像技术的应用领域关键词太赫兹谱；成像；空间分辨率；小孔
中图分类号：0433；0655
引言
文献标识码：A
太赫兹(THz)辐射是指频率在0.1～10THz之间的电磁波，其波段介于红外和微波之间。自从Hu等于1995年首次利用脉冲THz波对树叶成功实现成像以来，THz波成像技术已经得到广蓬勃发展。从一般的二维成像技术到三维成像技术(2-1]，从透射式到反射式成像技术[5.6]，以及连续 THz波成像技术？3等方面都有很大的进展。THz波对很多非极性物质，如电介质材料及塑料、纸箱、布料等包装材料有很强的穿透力，并且THz波能量很低，不会对材料产生破坏，因此THz波成像技术在材料、生物医学和食品安全等方面都有着很好的应用前景。随着THz波成像技术的不断发展，将成为科研和生产中一种有效的检测手段和实用工具，并成为可见光成像与X射线成像的有力补充
THz波成像技术一个最显著的制约因系是其有限的空间分辨率。为了解决这个问题，有人提出了近场成像的方法[12-15]。如果入射源的尺寸比波长小，入射源与样品的距离又很近，这样就可能实现亚波长量级的分辨率。比较典型的
收稿日期：2013-12-04，修订日期：2014-03-21
D0I : 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2015 )01-0001-04
是带着动态孔径的近场成像技术口，但是这种技术需要在光路上加一路控制光，控制经聚焦在导体表面激发产生的载流子，相对传统的太赫兹时域光谱装置改动较大，而且因为涉及到的物理量很多，通过透射(或反射)信息来解析出样品的物理参数也很复杂。
采用在样品前加小孔的方法使传统的太赫兹时域光谱装
置成像的空间分辨率有广明显提升，从毫来量级提高到广业毫米量级。对直径为1mm的小孔进行THz成像研究，发现加小孔后样品成像边界比不加小孔直接成像边界明显清晰。
实验部分 1
1.1装置及条件
实验装置如图1，主要设备有美国光谱物理公司制造的 MaiTai飞秒激光器，美国Zomega公司研制的THz系统飞秒激光器的平均功率大于700mW，脉宽小于100fs。激光脉冲被分为两路，一路作为泵浦光，激发大孔径GaAs光电导天线产生THz脉冲：务一路作为探测光，利用电光采样原理探测THz波的电场强度，探测元件为ZnTe晶体。通过扫
基金项目：国家重点基础研筑发展计划(973计划)项目(2013CB632901)资助
作者简介：张增艳，1980年生，中国科学院上海应用物理研究所博士研究生
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