太赫兹扫描反射成像与实时透射成像的初步研究

论文摘要

太赫兹辐射是频率在0.1THz10THz区间内的远红外电磁辐射,它可以像X射线、可见光等辐射一样,作为物体成像的光源,由于其独特的性质,使得成像技术在安全检查、航天航空领域等方面都有着巨大的应用潜力。目前太赫兹源种类较多,但只有CO2激光泵浦THz激光器具有实验装置紧凑,输出光功率较大、功率较稳定等优点,且已经商品化。为此本论文主要是使用相干公司生产的CO2激光泵浦THz激光器SIFIR-50进行了两个方面的研究:一方面利用P4-42探测器进行了太赫兹扫描反射成像的研究,太赫兹反射成像在安全检测以及反恐等领域有很大的发展潜力,目前尚未见有国内相类似的研究报道;另一方面利用Pyrocom III热像仪进行了太赫兹实时透射成像的研究,目前提高太赫兹成像速度和图像分辨率是国际上对太赫兹成像研究的热点,利用Pyrocom III热像仪构建的实时透射成像系统在成像速度和图像分辨率上有很大的提高。由于太赫兹扫描反射成像系统需要利用锗制分光镜,因此本论文首先研究了在太赫兹波段下半导体锗的透过特性,测得了在6种波长下的透过率,并且分析半导体锗的透过特性与波长之间的关系。本文设计和搭建了太赫兹扫描反射成像系统,进行了改变系统参数对成像效果影响的实验,并且隔着障碍物对一些样品进行反射成像,为今后深入的研究和探索提供了一定的借鉴。另外,本文还搭建了基于Pyrocam III热像仪的实时透射成像系统,自行编写了系统的控制软件。利用该实时透射成像系统对1.63THz和2.52THz分别进行了成像实验研究。最后利用VC++初步编写了太赫兹仿真软件和太赫兹图像处理软件,为太赫兹成像在系统仿真和图像处理方面的研究打下基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外发展状况
• 1.2.1 太赫兹辐射的产生
• 1.2.2 目前国外反射成像进展
• 2泵浦THz透射成像进展'>1.2.3 目前国内基于CO₂泵浦THz透射成像进展
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 锗的太赫兹透过特性
• 2.1 实验原理及装置
• 2.2 半导体锗材料透过性研究
• 2.3 本章小结
• 第3章 太赫兹扫描反射成像实验研究
• 3.1 成像系统实验器件简介
• 3.1.1 SIFIR-50 激光器
• 3.1.2 P4-42 探测器
• 3.1.3 其它使用到的器件
• 3.2 成像系统搭建、调试与控制软件改进
• 3.3 扫描成像控制参数对成像结果的影响
• 3.3.1 斩波频率的影响
• 3.3.2 延时的影响
• 3.3.3 扫描步长的影响
• 3.4 隔障碍物的扫描反射成像实验结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 太赫兹实时透射成像系统的初步研究
• 4.1 基于热像仪太赫兹实时透射成像系统
• 4.2 系统的软件设计
• 4.2.1 图像数据采集程序
• 4.2.2 用户操作界面
• 4.3 实时透射成像实验与结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 THz扫描成像系统仿真及图像处理初步研究
• 5.1 图像噪声分析原理
• 5.1.1 几种常见的噪声
• 5.1.2 噪声分析原理
• 5.2 THz扫描透射像与反射像的噪声分析
• 5.2.1 太赫兹扫描透射像的噪声分析
• 5.2.2 太赫兹扫描反射像的噪声分析
• 5.3 太赫兹扫描成像仿真与图像处理软件设计
• 5.3.1 太赫兹扫描成像仿真软件设计
• 5.3.2 太赫兹图像处理软件设计
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢