新型相机结合了激光和太赫兹波,可以揭示“看不见的”细节和“看到内部”的物体

这是抽象对象传输的太赫兹场的艺术渲染。

太赫兹相机使用激光图案来“看到”内部物体-太赫兹成像可以揭示生物的微小隐藏特征。

萨塞克斯大学的一个物理学家团队成功开发了第一台能够使用太赫兹(THz)辐射捕获固态物体内部高分辨率图像的非线性相机。

由紧急光子学(EPic)实验室的Marco Peccianti教授领导的Luana Olivieri博士,Juan S. Totero Gongora博士和一组研究人员制造了一种新型的THz摄像机,能够以前所未有的精度检测THz电磁波。

使用太赫兹辐射产生的图像被称为“高光谱”图像,因为该图像由像素组成,每个像素都包含该点物体的电磁特征。

太赫兹辐射位于电磁波谱中的微波和红外线之间,与X射线一样,可以轻松穿透纸,衣服和塑料等材料,但无害。即使是最精细的生物样品也可以安全使用。太赫兹成像可以“看到”物体的分子组成,并区分不同的物质,例如糖和可卡因。

时间分辨的非线性重影成像相机使用非线性晶体将标准激光转换为太赫兹图案,从而允许使用单个太赫兹像素重建复杂的样本。

Peccianti教授在解释他们取得成就的意义时说:“太赫兹摄像机的核心挑战不是收集图像,而是保存物体的光谱指纹,这些指纹很容易被您的技术破坏。这就是我们取得成就的重要性所在。保留图像所有细节的指纹,以便我们可以详细调查对象的性质。“

迄今为止,还没有能够捕获能够保留太赫兹辐射揭示的所有精细细节的高光谱图像的摄像机。

EPic Lab团队使用单像素相机对具有太赫兹光模式的样本对象进行成像。他们建造的原型可以检测物体如何改变THz光的不同模式。通过将此信息与每个原始图案的形状结合起来,相机可以显示物体的图像及其化学成分。

太赫兹辐射的来源非常微弱,到目前为止,高光谱成像的保真度有限。为了克服这个问题,苏塞克斯(Sussex)团队将标准激光照射到能够将可见光转换为太赫兹的独特非线性材料上。原型相机会在非常接近样品的位置产生太赫兹电磁波,类似于显微镜的工作原理。由于太赫兹波可以在不影响物体的情况下直接穿过物体,因此生成的图像可以从三个维度揭示物体的形状和成分。

Totero Gongora博士说:“这是向前迈出的重要一步,因为我们已经证明,在我们先前的理论研究中探索的所有可能性不仅可行,而且我们的相机甚至比我们预期的还要好。在构建设备时,我们发现了优化成像过程的几种方法,现在该技术稳定且运行良好。我们研究的下一阶段将是加快图像重建过程,并使我们更接近将THz相机应用于实际应用;例如机场安全,智能汽车传感器,制造过程中的质量控制,甚至是扫描仪,以检测皮肤癌等健康问题。”

参考:Luana Olivieri,Juan S.Totero Gongora,Luke Peters,Vittorio Cecconi,Antonio Cutrona,Jacob Tunesi,Robyn Tucker,Alessia Pasquazi和Marco Peccianti的“通过非线性鬼影成像的高光谱太赫兹显微镜”,Optica.DOI:2020年。
10.1364 / OPTICA.381035

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