反射式太赫兹波谱成像技术

论文摘要

20世纪80年代以来，随着超快激光技术的飞速发展，利用光电导天线和光整流方法产生太赫兹（THz）辐射以及利用电光采样和光电导天线探测太赫兹辐射等技术日渐成熟，太赫兹波谱和成像技术随之得到迅猛发展。由于太赫兹波具有低能性、透视性等优点，使得太赫兹波谱和成像技术在无损检测、安全检查以及物质识别等方面具有广泛的应用前景。本论文的主要工作包括：在总结常用太赫兹波产生和探测方法的基础上，设计和建立了反射式太赫兹时域光谱探测系统，并进行了系统优化；分析了THz脉冲和探测光的偏振方向与探测晶体（001）轴之间的夹角对THz脉冲探测效率的影响，并进行了实验优化；利用自建的反射式系统开展了反射式太赫兹光谱研究，通过引入快速延迟线、选取合适的数据采集时间常数，提高了数据采集速度，克服了原有系统采样速度慢、取样点数少等缺点。通过合理的程序设计以及快速延迟线的引入，实现了太赫兹成像系统采样过程的最优化，大大缩短了成像时间；通过对IC卡和刀片等样品进行反射式THz成像研究，采用不同成像方法(例如时域信号的最大值、最小值和峰峰值等)得到了它们的THz图像，并分析了内部结构。利用数据和图像处理技术对实验测得的THz信号和THz图像进行处理，通过小波分析理论对实测THz时域信号的处理，提高了信噪比；使用图像处理技术对样品的THz图像进行处理，增强了图像的对比度，获得了更清晰的样品轮廓信息，提高了太赫兹图像的质量，有利于对样品进行快速高效的分析和识别。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 太赫兹辐射简介
• 1.2 太赫兹波主要特性
• 1.3 太赫兹波的主要应用
• 1.3.1 太赫兹时域光谱
• 1.3.2 太赫兹成像
• 1.4 太赫兹波研究发展概况
• 1.5 论文研究目的
• 1.6 反射式太赫兹波谱成像技术的机遇和挑战
• 1.7 论文主要工作
• 第二章 太赫兹辐射的产生与探测
• 2.1 太赫兹辐射的产生
• 2.1.1 超快光电子学方法
• 2.1.2 光学方法
• 2.1.3 电子学方法
• 2.2 太赫兹辐射的探测
• 2.2.1 电光取样
• 2.2.2 光电导天线
• 2.2.3 热探测
• 第三章 反射式太赫兹波谱
• 3.1 反射式太赫兹时域光谱探测系统
• 3.1.1 系统光路设计
• 3.1.2 波谱数据采集
• 3.2 系统优化
• 3.2.1 扫描频率的设置
• 3.2.2 时间常数的选取
• 3.2.3 快速延迟线控制
• 3.2.4 快速数据采集
• 3.2.5 太赫兹信号提取
• 3.3 电光采样系统优化
• 3.4 反射式太赫兹波谱计算
• 3.5 小结
• 第四章 反射式太赫兹成像
• 4.1 太赫兹图像数据采集程序
• 4.2 物体成像方式
• 4.3 快速延迟线对成像系统性能的提高
• 4.4 太赫兹图像获取
• 4.4.1 成像方式
• 4.4.2 图像显示程序
• 4.5 IC卡的反射式太赫兹成像
• 4.6 透射式太赫兹成像
• 4.6.1 IC卡的透射式太赫兹成像
• 4.6.2 刀片的透射式太赫兹成像
• 4.7 小结
• 第五章 波谱图像数据处理
• 5.1 小波阈值降噪
• 5.1.1 小波变换
• 5.1.2 太赫兹时域光谱信号降噪
• 5.2 数字图像处理技术
• 5.2.1 图像降噪
• 5.2.2 图像增强
• 5.2.3 图像边缘检测
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表文章
• 参与项目
• 致谢