随意流年小慧 随意流年小慧
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太赫兹层析成像技术发展-下篇 【编者按】太赫兹计算机层析成像(Computed tomography,CT)和太赫兹飞行时间成像是太赫兹层析成像技术中常见的两种成像模式。其中,重建算法作为太赫兹CT的重要分支,极大影响太赫兹CT的发展与推广。另一方面,随着太赫兹飞行时间成像技术的不断发展,越来越多的研究人员着手探索多个领域的应用潜力,为太赫兹成像技术的发展添砖加瓦。研究人员在太赫兹CT被提出之后,就对其在生物医药、文物检测、工业检测等领域的潜力进行了探索。例如,法国波尔多大学Emmanuel等人对干燥的人体腰椎骨、头盖骨、髋骨进行成像,结果表明太赫兹CT有望用于区分骨骼中的坚质骨和松质骨[1];随后,该团队对内置药粉的明胶胶囊进行成像,结果展示了太赫兹CT在医药应用中的潜力[2];该团队对古埃及密封陶罐和干尸的成像研究展示了太赫兹CT在文物检测领域的应用潜力[3]。美国D. J. Roth等人对太空飞船隔热材料的成像研究展示了太赫兹CT在航天无损探伤领域的应用潜力[4]。此外,铅笔[5]、吸管[6]、干燥心豆藤夹、内置洋娃娃的蛋壳[7]、发泡聚苯乙烯样品[8]、聚苯乙烯样品[8,9]、聚四氟乙烯样品[8, 9]、乳糖和葡萄糖[9]等的成像结果展示了太赫兹CT在工业检测领域的应用潜力。日本Advantest公司已经做成了基于太赫兹透射谱CT技术的产品[10]。
太赫兹层析成像技术发展-上篇 【编者按】太赫兹层析成像技术主要是借鉴医学层析成像,根据射线扫描对所得到的信息进行反演计算,重建被测范围内体素的射线衰减系数分布或体素的吸收系数分布的图像。该技术可应用于工业隔热材料检测、食品安全检查、生物医药、文物检测、防弹复合材料无损检测等。鉴于该技术仍处于发展期,“THzWave太赫兹世界”特邀华科大牛丽婷博士就太赫兹层析成像的影响因素、算法与发展核心技术等方面进行阐述,旨在让更多的专家学者关注该领域发展,让读者对太赫兹层析成像技术有更多的了解与认知。在电磁波谱中,微波、红外波、可见光、X射线和γ射线等均在成像领域有广泛的应用。不同频段的电磁波各有其缺点,比如,X射线和γ射线的光子能量对生物有有害的电离反应,可见光和红外波对某些材料的穿透能力差,微波的分辨率受到长波长的限制。太赫兹波介于微波和红外波之间,当成像原理相同时,太赫兹成像技术的分辨率比微波成像技术的分辨率高;在很多介电材料中,太赫兹波的穿透性能优于可见光和红外波,因此太赫兹成像可以作为现有成像技术的补充,应用于无损检测、人体安检、生物组织诊断和半导体材料表征等领域。如图1所示,本文对太赫兹成像技术的分类如下:根据是否有太赫兹发射源,太赫兹成像可以分为主动成像和被动成像。太赫兹波段的被动成像是天文学极其重要的研究方式。在太空探索中,太赫兹被动成像的研究表明,宇宙尘埃、气体星云会释放出太赫兹射线,太赫兹辐射绝大部分由这两类星系产生[1]。在主动成像中,根据太赫兹波的产生方式和探测原理,可以将太赫兹成像分为太赫兹脉冲成像和连续太赫兹波成像。根据探测器的探测区域,太赫兹脉冲成像又可以被分为近场成像和远场成像。近场是指距离样品表面只有波长甚至亚波长数量级的区域,典型的近场成像是利用局域光波在样品近场区域进行2D光栅扫描,收集处理所有待测点的信息,并重构出图像。近场成像的图像分辨率主要取决于局域孔径或针尖的大小,可以突破衍射极限的限制,获得亚微米甚至纳米级别的高分辨率图像,因此是太赫兹成像的研究热点之一[2]。在太赫兹脉冲成像中,远场成像有2D透射谱成像、2D反射谱成像、菲涅尔透镜层析、反射层析、飞行时间成像、衍射层析和透射式谱计算机层析成像(Computed Tomography, CT)等成像方式,连续太赫兹波成像有2D透射成像、2D反射成像、太赫兹层析成像、调频连续波反射成像、断层合成孔径成像、单像素成像等成像方式。
太好物丨商用化大功率变容管倍频器产品 随着毫米波太赫兹技术的不断发展,大功率毫米波信号源在很多领域有了更广阔的应用。如射电天文SIS混频器本振需要大功率驱动,物质波谱(ESR、NMR)需要大功率检测、远距离雷达成像需要大功率驱动真空管,毫米波通信需要大功率的发射信号等等。但毫米波在大气中传播衰减严重的特点也制约了其发展。因此如何提高信号源输出功率成了研究毫米波的一个重要课题。主流的方式是通过提高倍频器的倍频效率和安装合适的功率放大器。但目前高频段的功率放大器价格较为昂贵,且频率相对较低。目前市面上可供使用的功率放大器最高只能到260GHz,输出功率约有10dBm。近十几年,国内外的毫米波倍频都取得了惊人的进展,其研究热点在于如何提高输出功率,增加带宽,提高倍频效率,简化电路等。目前国际领先的倍频器制造商可以将倍频器的倍频效率提高到25%在200GHz频段,7%在500GHz频段。最大输出功率分别可以达到300mW和7mW。主要的代表厂商有美国的VDI, 德国的ACST 和国内的中国工程物理研究院微太中心。(一)D系列窄带高功率倍频器(VDI)VDI一直是肖特基二极管的国际领先供应商,从1996年开始,致力于将二极管技术能有更广泛的应用,曾与NASA喷气推进实验室(JPL)一起,开创了亚毫米级集成二极管电路的开发。其独特研发的高性能肖特基二极管和优化定制的乘法器提供了倍频器更高的输入功率和转化效率。
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