不同光源的光学相干层析成像系统比较

光学相干层析成像技术是一种新型的成像技术,由于相干性和实用性的特殊要求,系统需要光源具有较宽的频谱宽度、输出功率高、稳定性好、易于耦合。超辐射发光二极管和超短脉冲飞秒激光是能满足这些要求的理想光源。本文在建立上述两种光源成像装置的基础上,对系统的横向、纵向分辨率等基本性能进行了测量;并对生物组织样品的成像质量进行了比较。     

太赫兹波的层析成像

太赫兹波由于其独特的性质例如瞬态性、宽带性与相干性等,而具有非常重要的学术价值和应用前景。太赫兹成像技术是太赫兹波研究中的基础和一个重要方面,可广泛应用于无损检测、安全检查、光谱分析与生命科学等领域。本文讨论了基于太赫兹波的层析成像的过程与步骤、层析成像的方式以及相关的图像数据处理方法。     

光学相干层析成像技术的应用

介绍了光学相干层析成像技术在不同领域的应用,预言了未来的发展趋势。     

藕断面光学相干层析成像

以光纤迈克尔逊干涉仪为主体,相干长度２５ μｍ 的超辐射管为光源,用光电倍增管和锁相放大器探测,建立了一种相干门层析成像装置,此装置具有三维扫描成像能力,检测灵敏度可达９０ｄＢ。用此装置测量了对生物样品藕横向和纵深方向扫描的后向散射光,得到藕的纵深方向的断层像。     

白光相干层析成像的理论探讨

鉴于单一波长光源的OCT系统不能提取出散射介质光谱方面的信息,提出了白光相干层析成像的新方法。分析了白光光源用于相干层析成像,并得到散射介质光谱特性的可能,模拟了用红蓝两色双层介质作为样品时的干涉信号。     

基于面阵式探测器连续太赫兹波三维层析成像

太赫兹波层析成像技术是利用太赫兹波的穿透性对样品进行旋转投影数据采集,通过层析重建算法获得样品的二维横截面图,并实现样品的三维内部结构图的重构。本文介绍了基于面阵式探测器连续太赫兹波层析成像系统。该成像系统的优势在于利用了面阵式探测器记录二维投影数据,相比扫描层析成像系统,提高了投影采集速率。为了获得高精确度的二维投影数据,利用角谱衍射传播算法将二维投影图传播至样品后表面,实现抑制太赫兹波在物体外部衍射效应,最终利用滤波反投影算法重建出高保真的样品三维内部结构图,并进一步探索了基于面阵式探测器的连续太赫兹波层析成像技术在无损检测和安全检测上的可行性。     

超短脉冲激光相干层析成像技术的理论分析与实验

基于光学弱相干反射测量而发展出来的光学相干层析(Optical Coherence Tomography,简称OCT)技术是一种新型成像技术,由于它在生物医学领域的诊断或疗效监测等方面巨大的应用潜力, 近年来发展极为迅速.与其它医学中常用的光学、光谱测量方法及诸多成像方法相比, OCT由于其高时空分辨和在体测量的特点, 将成为继X射线CT、核磁共振成像(MRI)之后, 又一新的重要诊断手段.将超短脉冲飞秒激光器作为光源的光纤化光学相干层析技术, 利用光源光强高、单脉冲能量低的特点, 有利于避免测量对活体组织的损伤,同时又能快速成像, 获得高空间分辨和大的探测深度.考虑材料色散对光脉冲信号的展宽,由于色散,当脉冲通过一定长度的光纤时, 脉冲将在时域上变宽.显然, 如果有大量的脉冲在光纤的入射孔径处,当光脉冲到达光纤的输出端时,脉冲会变宽,也许会重叠起来而影响光的相干性.本文通过严格的数学推导,得到了系统的相干长度公式表达式,此式与连续光源得到的相干长度公式是一样的;另外,脉冲通过一定长度的光纤时, 时间脉冲将变宽,但光脉冲的频谱分布并未发生改变,脉冲时域上的展宽不影响光源的相干长度.在此基础上,利用我们研制的半导体泵浦超快飞秒掺钛蓝宝石激光器光源的OCT光纤实验系统,对动物组织样品进行了层析成像,得到了样品表层的OCT层析结构图像.(OC4)     

基于光学相干层析成像技术的薄膜厚度测量

为了对薄膜厚度进行测量,采用白光谱域光学相干层析成像的测量方法,进行了理论分析和实验验证,对以玻璃为基片的单层和多层薄膜样品进行了层析成像实验,获得了样品的2维层析图像。结果表明,该系统不仅能显示薄膜样品内部的微观结构,而且能从2维层析图像中得到单层和多层薄膜的厚度(分别为68μm和30μm),测量值与理论值相吻合,从而验证了测量理论正确性。该系统具有较高分辨率,可实现快速成像,满足实际工业测量需要。     

光学相干层析成像技术在器官疾病诊断上的应用

在现代医学中,核扫描、正电子发射断层扫描( Positron Emission Tomography, PET) 和磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)技术已被广泛应用于提供组织形态和功能信息。但是这些技术在分辨率或成像深度上各有缺点,而一种基于低相干干涉原理的新型光学检测技术则可以同时实现高分辨率和大深度成像,该技术称为光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography,OCT)。OCT技术是一种将高纵向分辨率和高横向分辨率结合的非接触、非侵入、无损伤影像技术,可以实现与活体组织病理学观察相同的作用。OCT采用低能量的近红外光源作为探测光,并结合显微镜头、手持式探头或内窥镜等非损伤方式进行常规检测,不会对生物组织造成损伤。同时OCT结合发展迅速的图像采集分析处理技术,可实现实时三维成像,从中提取对诊断有用的信息进行定量分析,为医生的诊断提供便利。该综述重点介绍经典OCT成像技术及其相关医疗应用技术,如SD-OCT、SS-OCT、aOCT、PS-OCT和D-OCT,在呼吸系统、口腔、脑组织和肾脏等其他主要器官疾病检测中的应用。     

Progress in Terahertz Waveguides

This paper summarizes the recent progress in Terahertz(THz) waveguides. Many THz waveguides of various sorts have been presented and examined, including dielectric THz waveguides, metal THz waveguides, THz fiber and photonic crystal THz waveguides. Their advantages and limitations are stated, and the perspective of research on Terahertz waveguides is discussed.     

太赫兹Smith-Purcell自由电子激光研究进展

太赫兹电磁波在材料表征、医学成像、无线通信、安全检测等领域有广泛的应用前景,是当前科学研究热点之一。基于自由电子与周期性光栅结构相互作用产生的Smith-Purcell辐射的Smith-Purcell自由电子激光凭借其易加工、可调谐、高功率等优点成为发展高功率太赫兹源的有效途径之一。本文对太赫兹Smith-Purcell自由电子激光的近期研究进展进行了综述,对基于特异Smith-Purcell辐射新型Smith-Purcell自由电子激光以及基于预群聚电子注的Smith-Purcell太赫兹源进行了着重介绍,这两类新型太赫兹自由电子激光结构克服了传统自由电子激光的若干缺点,有望发展为具有重要应用前景的紧凑型、大功率太赫兹源。     

光子晶体THz器件的研究进展

近年来,随着国际上掀起的太赫兹(Terahertz,THz)研究热,太赫兹科学技术的发展更为迅速.但是,对于THz的各种功能器件,利用基于经典电磁理论的微波技术手段或者利用基于量子理论方法的光学技术手段都遇到了很大的困难.90年代末,随着频率禁带处在THz波段的光子晶体(Photonic crystal,PC)制作方法和技术的提高,基于光子晶体的THz器件应运而生.为此,就国际上在光子晶体THz滤波器,光子晶体THz波导,光子晶体THz光纤和光子晶体THz谐振腔方面所做的主要工作和研究成果进行了较详细的论述分析及归纳总结,并对光子晶体THz器件未来的发展提出了几点看法.     

太赫兹微加工波导滤波器

该文提出应用微加工(Micromachining)技术设计制作太赫兹6阶并联电感耦合波导带通滤波器的方法。立足于现有工艺条件,通过分析加工因素对滤波器电磁性能的影响,将工艺和设计参数相互折中达到优化设计的目的,避免因工艺原因造成的器件性能急剧恶化,最终得到插入损耗小、可靠性好、可集成的太赫兹滤波器。采用微加工深刻蚀(ICP)、溅射电镀金属、键合等工艺步骤,最终制作完成的单个微加工滤波器划片后体积为24.0 mm×5.0 mm×1.66 mm。应用可调测试夹具固定微加工滤波器,通过功率计测试其功率衰减,得到其中心频率为141.5 GHz,3dB带宽为10.6%,中心频率处功率衰减小于1 dB,验证了工艺方法的有效性。     

光电导太赫兹天线及其研究进展

太赫兹科学技术是一门新学科,其关键技术是太赫兹波的产生。光电导天线是目前产生宽频带太赫兹波最重要的方法之一。光电导天线的几何结构对提高天线在太赫兹频段的效率、方向性、带宽等都非常重要。因此有必要对光电导太赫兹天线的各种几何结构和国内外研究进展做较为全面的评述,对其中存在的问题和解决思路进行分析,对未来研究发展的方向进行探讨。     

星间太赫兹通信发射系统初步方案设计

针对星间太赫兹通信发射系统设计,首先论述了低密度奇偶校验(LDPC)码编码、直接调制器、发射组件和天线设计等环节的总体设计,然后对LDPC码时序调整、宽带正交调制及天线方位角度调整等关键技术进行了分析,最后提出一种星间太赫兹数据通信发射系统初步设计方案,为太赫兹技术在星间数据通信领域的应用提供技术参考。     

太赫兹辐射源与波导耦合研究新进展

对国际上关于半导体太赫兹辐射源和太赫兹传输波导之间的耦合问题的研究进展和最新动态进行了较详细的分析和归纳总结.太赫兹频段是一个非常有科学价值电磁波频段,它在信息科学,天文学、医学、环境科学、国防等领域都有广阔的应用前景和应用价值.太赫兹的应用除了太赫兹辐射源,太赫兹传输器件,太赫兹探测器等关键器件之外,还必须解决太赫兹辐射源和太赫兹传输器件之间的耦合问题.     

Compact Terahertz Wave Collimator Design with Photonic Crystal Slabs

A compact terahertz (THz) wave collimator is proposed,which works under the frequency from 2.4 THz to 2.7 THz with a photonic crystal (PC) slab based on the self-collimation effect.The plane wave expansion (PWE) method is used to calculate the dispersion surfaces and the equal-frequency contours (EFCs) and optimize the structure.The propagation of the THz waves in the structure is simulated and the normalized transmission is calculated by using the finite-difference time-domain (FDTD) method with perfectly matched layer (PML) absorbing boundary conditions.Numerical simulations show that the designed collimator has a good collimation property and a high transmittance.     

太赫兹通信技术发展现状及其军事应用展望

太赫兹通信是当前FSO通信研究的热点,由于太赫兹波有非常宽的未分配的频带,具有传输速率高、方向性好、安全性高、辐射小以及穿透性好等特点,在军事应用领域的应用前景十分广阔。在分析国内外太赫兹关键技术和通信系统研究进展的基础上,指出了目前尚要研究解决的问题,针对未来信息作战的需求,对太赫兹通信技术在军事信息领域的应用作了分析和展望。     

太赫兹应用分析和展望

以6G需求为抓手引入了太赫兹技术,介绍了太赫兹的研究背景和国内外研究现状。之后结合太赫兹的频谱范围,对太赫兹频段和毫米波以及红外光进行了详细对比分析,发现了太赫兹特有的一些频谱特性,包括宽带性、低能性、电磁特性和特征谱等,并进一步挖掘基于这些频谱特性的应用,研究表明,太赫兹未来可应用于军事、医疗、检测和通信等诸多领域,对于仍存在的挑战和瓶颈,中国联通将联合产业界一同推动解决,最大化发挥太赫兹应用潜力。