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2019年5月13日 星期一

TeraSense terahertz imaging camera


康橋科技 —— 白光攝影機專業廠商!

來源微迷网

據麥姆斯咨詢報導,英國達勒姆大學(University of Durham)的研究人員,創建了一種新的成像系統,該系統在室溫下,利用原子蒸氣激發,將兆赫輻射轉換為可見光。

該系統可以使用傳統的高速攝影機,快速有效地獲取太赫茲圖像,而且新技術也讓兆赫輻射的應用開發,變得更容易。

兆赫輻射在電磁頻譜區域,介於紅外光和微波之間。理論上,它具有廣泛的應用前景,比如安全檢查、醫療成像和工業品質控制。但是,產生和探測0.1到10 THz的電磁波輻射,仍然是亟待突破的挑戰。

這段尚未被有效認識和利用的頻譜真空地帶,通常被稱為「兆赫輻射間隙」,雖然在很多不同的應用領域,存在著多種競爭性兆赫輻射技術,但它們各有缺點。

研究人员利用高激发的里德堡态原子实现高速太赫兹成像系统
太赫茲的頻譜區

那麼為什麼在有多餘的電磁頻譜可用時,還對兆赫輻射念念不忘呢?杜倫大學的Kevin Weatherill解釋說:「紙、塑料和布料等許多日常材料,對於這個區域的兆赫輻射來說都是透明的,因此,像X光一樣,它們可以對不透明的物體進行成像。而且由於能量低,輻射是非電離的,對生物和醫療應用很安全,而且它的波長足夠短,能夠實現高解析度的成像。」

Terahertz - FTIR, FT-NIR Spectrometers, Infrared spectroscopy, Raman ...

低速和噪音問題
目前已經開發出幾種兆赫輻射成像技術。有些系統利用單像素探測器,透過在物體上掃描兆赫輻射光束,來創建圖像,但這種方式過程很緩慢。

「利用小面積的焦平面陣列,或全視場感應器,可以一次性完成整個二維(2D)圖像的拍攝,」Weatherill說,「當前最先進的技術,可能是微測輻射熱計陣列(熱感應器)。不過由於靈敏度較低,它們的幀速率限制在30赫茲左右,因此需要很長時間來收集光子,才能高於背景噪聲呈現圖像。」

Weatherill和他的同事們,所創建的兆赫輻射成像系統,包括了一個充滿了銫原子的蒸氣池,和聚焦其上的三個紅外線雷射器。每個雷射器被精確地調諧到,銫原子三個連續躍遷能級中的一個。當這三個雷射器連續激發時,銫原子最終處於高激發的「里德堡態」。

原子躍遷到不同的里德堡態,需要吸收0.55 THz的光子能量,不過大約一微秒後將發生衰變。衰變過程將釋放綠色光子,這種光子能夠被普通的光學相機探測。

兆赫輻射在0.5 THz處,顯現出尖銳的共振響應,而其他頻率的兆赫輻射不會被探測到。因此,與其他探測兆赫輻射光子的技術不同,該技術可以可靠地從廣譜熱噪聲中,挑出窄頻信號,而且探測靈敏度大約是其他技術100倍。

Intense terahertz generation in two-color laser filamentation ...

雙色成像
研究人員當前能夠獲得的兆赫輻射成像速度,可達到每秒3000幀。他們還在繼續優化他們的設備,並且相信從理論上採集數據的幀速率,應該可以達到1 MHz。另外,他們還熱衷於拓展其他方面的研究,例如探測其他頻率的兆赫輻射,以及雙色兆赫輻射成像。

杜倫大學的Lucy Downes說:「我也很想嘗試把它設置成反射模式,這樣我們就可以檢測大塊物體的表面缺陷。」

美國布朗大學(Brown University)的Daniel Mittleman表示,這套成像系統最明顯的應用,是在實驗室中:「像爆炸、衝擊波測試、固體的基礎物理研究,以及某些快速、極端自然現象等,都是兆赫輻射成像可大顯身手的地方,對任何可見光不透明的材料而言,兆赫輻射都是有趣的選擇。」

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對於更多的商業應用,他預見創造實用型兆赫輻射器件,將面臨諸多挑戰。「最終,將它們封裝好,然後拿到物理實驗室之外去使用,應該會很有意思。如果應用僅限於基礎物理研究,那麼這些挑戰就變得無關緊要了。如果想將它們應用到實驗室外的領域,那麼解決實用性的問題就很重要,而這個問題還需要我們進一步的探討。」


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