太赫兹成像速度提高了百倍

发布时间: 2020-07-20 15:01:13   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

 

 

英国华威大学Emma pickwellmacpherson教授领导的一个国际研究小组在开发用于生物医学和工业应用的单像素太赫兹成像技术方面取得了重要的里程碑。其单像素太赫兹相机的采集速度比以前的最新技术快100倍,而不会给整个系统增加大量的成本,也不会失去亚皮秒级的时间分辨率。这一重要成果发表在《自然通讯》杂志上。

. 实验装置示意图

太赫兹辐射具有非破坏性,能够穿透塑料、陶瓷、衣物等常见材料,从而可用于非侵入式检查。另外,对水高度敏感,能够观察到生物物质水合状态的微小变化,因此在不使用任何组织学标记的情况下,太赫兹成像可潜在地检测出干扰生物物质水分的疾病,如皮肤癌。然而,太赫兹技术的实际应用仍然存在许多障碍,如设备速度慢,成本高,不方便使用。

Pickwell-MacPherson的研究小组使用单像素相机,通过空间调制太赫兹光束并将其光线照射到物体上,从而获得图像。然后,用一个单元素探测器,研究人员记录通过物体透射(或反射)的光,并继续对许多不同的空间模式进行记录,直到图像可以用数学方法重建。

研究人员必须多次改变THz光束的形状,这意味着与多像素检测器阵列相比,该方法通常较慢。但是,太赫兹制的多像素阵列通常缺乏亚皮秒级的时间分辨率,需要低温才能运行或产生大量设备成本(> 350,000美元)。该团队开发的设置基于单个元素检测器,价格合理(20,000美元),功能强大,具有亚皮秒级的时间分辨率,并且可在室温下运行。

Pickwell-MacPherson教授说:“我们的最新工作将单像素太赫兹相机的采集速率比以前最新技术提高了100倍,以每秒6帧的速度采集32x32视频。我们首先确定最佳的调制几何形状,其次通过对成像系统的时间响应进行建模以改善信噪比,然后通过使用压缩传感技术减少测量总数。实验表明,如果我们有足够的信噪比,我们的采集速度将提高五倍。”

研究人员以前已经开发了几种太赫兹器件,包括利用全内反射几何结构在整个宽带频率范围内实现高MDs的太赫兹调制器,以及利用布鲁斯特角进行幅度和相位调制的新方法。他们还致力于通过信号处理方法来提高单像素太赫兹成像的分辨率。未来的工作将集中于改善信噪比和优化精确医学诊断所需的软件,最终目标是使用单像素太赫兹成像进行体内癌症诊断。


 

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