新相机结合了激光和太赫兹波,可以揭示“看不见的”细节和“看到内部”的物体

物体透射太赫兹场

这是一个抽象物体传输太赫兹场的艺术渲染。资料来源:苏塞克斯大学

太赫兹相机使用激光模式“看到内部”的物体——太赫兹成像可以揭示生物隐藏的微小特征。

苏塞克斯大学的一个物理学家团队成功开发了第一台非线性照相机,它能够利用太赫兹辐射捕捉固体物体内部的高分辨率图像。

由新兴光子学(EP集成电路)实验室、Luana Olivieri博士、Juan S. Totero Gongora博士和一个学生研究小组建造了一种新型的太赫兹照相机,能够以前所未有的速度探测太赫兹电磁波精度

使用太赫兹辐射生成的图像被称为“高光谱”,因为图像由像素组成,每个像素都包含该点物体的电磁特征。

太赫兹辐射在电磁波谱上介于微波和红外之间,很容易像x射线一样穿透纸、衣服、塑料等材料,但不会对人体有害。即使是最精细的生物样本也可以安全地使用。太赫兹成像技术可以“看到”物体的分子组成,并区分不同的物质——例如糖和可卡因。

时间分辨非线性鬼影成像相机

时间分辨的非线性鬼成像相机使用非线性晶体将标准激光转换为太赫兹模式,允许使用一个太赫兹像素重建复杂的样本。资料来源:苏塞克斯大学

Peccianti教授在解释这一成就的意义时说:“太赫兹相机的核心挑战不是收集图像,而是保存容易被技术破坏的物体光谱指纹。”这就是我们取得成就的重要性所在。图像中所有细节的指纹都被保存下来,这样我们就可以研究物体的全部细节。”

直到现在,能够捕捉高光谱图像并保留太赫兹辐射所揭示的所有细节的相机被认为是不可能的。

EP的集成电路实验室团队使用单像素相机以太赫兹光的模式成像样本对象。他们建造的原型可以探测物体如何改变太赫兹光的不同模式。通过将这些信息与每个原始图案的形状相结合,相机就能揭示物体的图像及其化学成分。

太赫兹辐射源非常微弱,到目前为止,高光谱成像的保真度有限。为了克服这个问题,苏塞克斯大学的研究小组用一种标准激光器照射一种独特的非线性材料,这种材料能够将可见光转换为太赫兹。原型相机产生的太赫兹电磁波非常接近样品,类似于显微镜的工作原理。由于太赫兹波可以在不影响物体的情况下穿过物体,由此产生的图像揭示了三维物体的形状和组成。

Totero Gongora博士说:“这是向前迈出的一大步,因为我们已经证明,我们之前的理论研究中探索的所有可能性不仅是可行的,而且我们的相机的工作性能甚至比我们预期的还要好。”在构建我们的设备时,我们发现了几种优化成像过程的方法,现在该技术稳定且工作良好。我们研究的下一阶段将是加速图像重建过程,并使我们更接近于将太赫兹相机应用到现实世界的应用;比如机场安检、智能汽车传感器、制造业的质量控制,甚至用于检测皮肤癌等健康问题的扫描仪。”

参考:“基于非线性幽灵成像的高光谱太赫兹显微镜”作者:Luana Olivieri, Juan S. Totero Gongora, Luke Peters, Vittorio Cecconi, Antonio Cutrona, Jacob Tunesi, Robyn Tucker, Alessia Pasquazi和Marco Peccianti, 2020年2月19日,视神经节
DOI: 10.1364 / OPTICA.381035

1评论关于“新相机结合激光和太赫兹波,揭示“看不见的”细节和“看到内部”的物体”

  1. 谢谢

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