太赫兹近场超分辨率成像技术研究及实现

摘要

太赫兹成像作为太赫兹的关键技术之一，在安检、无损检测等方面有广阔的应用。经典太赫兹时域光谱成像技术受波长的衍射极限影响，分辨率只有几百微米，难以实现亚波长成像测量。近场成像是突破衍射极限、获得超分辨率图像的研究方法之一。 本研究设计搭建了基于飞秒激光成丝的太赫兹超分辨率成像系统，并基于Labview语言，设计了成像软件。软件实现了成像系统中电动平移台的运动控制、太赫兹时域-频域光谱的计算、太赫兹波特征数据的提取和成像处理以及基于SQLsever的成像数据存储调用。 对比研究了在不同位置截断1000 mm和400 mm焦距的透镜聚焦双色光形成的等离子体丝对太赫兹波时域幅值和频域峰值频率的影响；400 mm透镜聚焦双色光产生的太赫兹波，其峰值频率和成丝末端太赫兹波幅值稳定性较高。 使用飞秒激光成丝产生太赫兹波(峰值频率0.64 THz，波长480μm)对掩模板扫描成像，获得了小于100μm成像分辨率。分辨率小于入射波长的一半，达到太赫兹超分辨率成像。在表征掩膜板结构分布时，时域成像优于频域成像，并且时域成像中的积分能量成像可以分辨出掩膜板更多的细微结构，实现更好的成像效果。

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1　 绪论

1.1　 太赫兹成像技术与应用

1.2　 太赫兹远场成像

1.3　 太赫兹近场成像

1.3.1　 基于孔径局域的太赫兹近场成像

1.3.2　 基于亚波长太赫兹照明光源的近场成像

1.3.3　 基于微纳结构调控的太赫兹近场成像

1.3.4　 基于针尖的太赫兹近场成像

1.4　 论文主要研究内容

2　 太赫兹近场超分辨率成像原理

2.1　 太赫兹时域光谱技术

2.1.1　 太赫兹时域光谱技术原理

2.1.2　 太赫兹波产生

2.1.3　 太赫兹波探测

2.1.4　 太赫兹时域波形重构

2.2　 近场超分辨率成像原理

2.2.1　 测不准原理与分辨率极限

2.2.2　 隐失场与分辨率极限的突破

2.2.3　 隐失场的传播与衰减特性

2.2.4　 近场成像基本原理

2.3　 本章小结

3　 太赫兹近场超分辨率成像系统设计

3.1　 实验系统设计及光路搭建

3.1.1　 光路设计

3.1.2　 系统主要设备

3.1.3　 光路搭建

3.2　 超分辨率成像软件设计

3.2.1　 成像软件功能设计

3.2.2　 特征数据的提取

3.2.3　 成像软件实现方法

3.2.4　 软件运行调试

3.3　 系统调试

3.3.1　 时域信号位置确定

3.3.2　 太赫兹波形优化

3.3.3　 系统稳定性测试

3.4　 本章小结

4　 超分辨率成像实验及分析

4.1　 氧化铝陶瓷透过率测试

4.2　 成丝截断位置对太赫兹波的影响

4.2.1　 1000 mm聚焦透镜成丝研究

4.2.2　 400 mm聚焦透镜成丝研究

4.2.3　 成丝稳定性对比

4.3　 掩模板扫描成像

4.3.1　 掩模板结构

4.3.2　 时域成像

4.3.3　 频域成像

4.3.4　 成像对比分析

4.4　 本章小结

结论及展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果