IMS納米電子團(tuán)隊(duì)與Lytid開發(fā)一種獨(dú)特成像裝置

上一篇推文中我們科普了關(guān)于太赫茲的一些基本概念，了解了太赫茲的特性和特別應(yīng)用，這篇我們展示太赫茲實(shí)時(shí)成像應(yīng)用實(shí)例效果，以及所用前沿設(shè)備，其中包括虹科光電推出的“一盒子”太赫茲源解決方案。

前言

虹科伙伴Lytid與法國波爾多大學(xué)IMS實(shí)驗(yàn)室的納米電子團(tuán)隊(duì)共同合作，針對監(jiān)視，無損檢測和傳感應(yīng)用中的高端太赫茲技術(shù)和系統(tǒng)，創(chuàng)立了大型研究與生產(chǎn)計(jì)劃。..

一、照明圖案可調(diào)的THz光束整形單元

此次與IMS納米電子團(tuán)隊(duì)的合作旨在克服傳統(tǒng)全場成像的限制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高分辨率的太赫茲成像系統(tǒng)的研發(fā)。這種成像技術(shù)需要完全照明被攝樣本，利用多傳感器探測器以獲取視頻幀下的實(shí)時(shí)圖像信息流。因?yàn)樘掌澼椛鋾?huì)在一個(gè)寬感應(yīng)區(qū)域內(nèi)發(fā)散，所以這項(xiàng)技術(shù)也受信噪比的影響限制?；诹孔蛹壜?lián)激光器（QCL）的mW級別太赫茲源，例如TeraCascade1000，能極大提高實(shí)時(shí)圖像的信噪比，同時(shí)實(shí)現(xiàn)太赫茲頻率范圍（本案例下是2.5THz）的空間分辨率。不過，太赫茲量子級聯(lián)激光器的強(qiáng)相干性也暴露了一個(gè)缺點(diǎn)：成像路徑差會(huì)導(dǎo)致探測器面陣出現(xiàn)干涉條紋，影響圖像清晰度和穩(wěn)定性。

如此背景下，IMS納米電子團(tuán)隊(duì)與Lytid創(chuàng)造性的開發(fā)了一種獨(dú)特成像裝置，結(jié)合可編程的光束整形單元，該單元可以產(chǎn)生均勻且可靈活調(diào)整的照明光束，從而避免輻射相干干擾。此光學(xué)裝置由mW級，頻率2.5THz的太赫茲輻射驅(qū)動(dòng)，TeraCascade 1000作為太赫茲源?？刂茊卧獌?nèi)，激光光束經(jīng)過反射鏡調(diào)校后，提供適合成像的照明。被攝樣本經(jīng)光線傳播反射，產(chǎn)生的圖像由測輻射熱相機(jī)捕獲，此相機(jī)裝配了TeraLens鏡頭（40mm – f/0.83 – x0.22）。其中，相機(jī)探測器的幀率經(jīng)調(diào)整后，能收集信號(hào)并產(chǎn)生圖像，提高實(shí)時(shí)圖像的信噪比。另外，光束整形單元是完全可編程的，因此能夠生成不同照明樣式，以匹配實(shí)際的樣本尺寸和應(yīng)用。

這是無勻化和光束勻化下的太赫茲照明分布?？梢钥吹?，在傳統(tǒng)成像裝置中，由于光學(xué)組件的多種反射，太赫茲光束輪廓出現(xiàn)了可見的干涉條紋。最后，利用Lytid與IMS共同研發(fā)的可編程光束整形單元，我們突破了這些設(shè)計(jì)上的限制。

這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了定制化、勻化的光束照明，滿足用戶不同應(yīng)用、樣本尺寸和實(shí)際探測需求。此動(dòng)圖展示了一個(gè)經(jīng)光束整形定制的圖案

二、應(yīng)用實(shí)例與效果展示

可編程勻化照明圖案的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)了一些應(yīng)用，實(shí)際性能也有所提高，如在不同實(shí)時(shí)成像照明應(yīng)用場景。下面，我們展示了此技術(shù)在線掃描成像和全場成像應(yīng)用的實(shí)例。我們的實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)還可以探索更多的可能性。（前方多圖警告）

1. 信噪比增強(qiáng)的高分辨率線掃描成像

左右滑動(dòng)查看圖片 →這里為線掃描成像模式設(shè)置。勻化照明圖案保持靜態(tài)，相機(jī)實(shí)時(shí)線掃描通過的表面凹凸的聚丙烯樣本。透射的輻射由測輻射熱相機(jī)收集。此成像模式能實(shí)現(xiàn)高信噪比、高分辨率的實(shí)時(shí)重建，展現(xiàn)了其在無損檢測的工業(yè)應(yīng)用的高適配性

2. 全場勻化實(shí)時(shí)二維圖案成像

下面是全場成像圖例；這些圖像的標(biāo)準(zhǔn)采集時(shí)間為160ms，2.5THz頻率下可獲取的分辨率為250μm：

3. 斷層圖像重建

此動(dòng)圖展示了內(nèi)含金屬物質(zhì)（一些針頭和金屬球珠）泡沫立方體不同立面的實(shí)時(shí)全場圖像合成。這個(gè)過程中獲得的所有圖像最后會(huì)構(gòu)成3D重建。

所用設(shè)備

TeraCascade 1000高功率太赫茲源（1.3mW，2.5THz輸出）

雙鏡式電流計(jì)

一個(gè)45°的離軸拋物面反射鏡

288X384像素的INO微測熱輻射計(jì)陣列，鏡頭為TeraLens（F/0.8）

TeraCascade 1000

高功率太赫茲源

基于QCL量子級聯(lián)激光器技術(shù)，輸出功率典型值為2 – 5mW（QCW），保證最低＞1mW。覆蓋2~5Thz頻段，有連續(xù)波與脈沖（QCW）工作模式，無需制冷劑。同時(shí)具有強(qiáng)大靈活性，擁有6個(gè)可集成量子級聯(lián)激光器芯片，滿足不同應(yīng)用需求。

虹科提供“一盒子”解決方案！

TeraLens

高性能太赫茲成像鏡頭

適配太赫茲相機(jī)的鏡頭，焦距：10~100cm，自帶焦距測量環(huán)形設(shè)計(jì)

結(jié)語

這是虹科伙伴Lytid與IMS合作研發(fā)的實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，暫時(shí)未實(shí)現(xiàn)完整商業(yè)化，但可以滿足具體需求的應(yīng)用，未來也將推出可正式為廣大客戶所用的太赫茲實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更多無損檢測應(yīng)用！

原文標(biāo)題：應(yīng)用案例學(xué)習(xí)—高分辨率太赫茲實(shí)時(shí)成像

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