高分辨率太赫兹实时成像-TeraCascade 1000
博客
照明图案可调的THz光束整形单元
此次与IMS纳米电子团队的合作旨在克服传统全场成像的限制，实现实时高分辨率的太赫兹成像系统的研发。这种成像技术需要完全照明被摄样本，利用多传感器探测器以获取视频帧下的实时图像信息流。因为太赫兹辐射会在一个宽感应区域内发散，所以这项技术也受信噪比的影响限制。基于量子级联激光器（QCL）的mW级别太赫兹源，例如TeraCascade1000，能极大提高实时图像的信噪比，同时实现太赫兹频率范围（本案例下是2.5THz）的空间分辨率。不过，太赫兹量子级联激光器的强相干性也暴露了一个缺点：成像路径差会导致探测器面阵出现干涉条纹，影响图像清晰度和稳定性。
如此背景下，IMS纳米电子团队与Lytid创造性的开发了一种独特成像装置，结合可编程的光束整形单元，该单元可以产生均匀且可灵活调整的照明光束，从而避免辐射相干干扰。此光学装置由mW级，频率2.5THz的太赫兹辐射驱动，TeraCascade 1000作为太赫兹源。控制单元内，激光光束经过反射镜调校后，提供适合成像的照明。被摄样本经光线传播反射，产生的图像由测辐射热相机捕获，此相机装配了TeraLens镜头（40mm – f/0.83 – x0.22）。其中，相机探测器的帧率经调整后，能收集信号并产生图像，提高实时图像的信噪比。另外，光束整形单元是完全可编程的，因此能够生成不同照明样式，以匹配实际的样本尺寸和应用。
在这里，我们也展示了光束匀化和无匀化下的太赫兹照明分布。可以看到，在传统成像装置中，由于光学组件的多种反射，太赫兹光束轮廓出现了可见的干涉条纹。最后，利用Lytid与IMS共同研发的可编程光束整形单元，我们突破了这些设计上的限制。
这项创新技术实现了定制化、匀化的光束照明，满足用户不同应用、样本尺寸和实际探测需求。右图展示了一个经光束整形定制的图案。
应用实例与效果展示
可编程匀化照明图案的创新驱动了一些应用，实际性能也有所提高，如在不同实时成像照明应用场景。下面，我们展示了此技术在线扫描成像和全场成像应用的实例。我们的实时成像系统还可以探索更多的可能性。
信噪比增强的高分辨率线扫描成像
这里为线扫描成像模式设置。匀化照明图案保持静态，相机实时线扫描通过的表面凹凸的聚丙烯样本。透射的辐射由测辐射热相机收集。此成像模式能实现高信噪比、高分辨率的实时重建，展现了其在无损检测的工业应用的高适配性。
全场匀化实时二维图案成像
下面是全场成像图例；这些图像的标准采集时间为160ms，2.5THz频率下可获取的分辨率为250μm。
断层图像重建
此动图展示了内含金属物质（一些针头和金属球珠）泡沫立方体不同立面的实时全场图像合成。这个过程中获得的所有图像最后会构成3D重建。