太赫兹成像技术在肿瘤检测中的应用

太赫兹(THz)波是频率位于0.1 THz^10 THz的电磁波。因其具有非电离性,以及可与多数生物分子产生共振响应等特性,在生物医学领域有着巨大应用潜力,尤其在肿瘤检测方面。太赫兹成像技术作为生物医学领域一种新的成像技术,吸引国内外多个研究小组对其开展深入研究。本文列举分析了多种太赫兹成像技术在肿瘤检测的应用,其中可分为太赫兹扫描成像、太赫兹层析成像、太赫兹全息成像以及太赫兹近场成像,介绍了这些成像方式的基本原理以及国内外研究现状,最后对太赫兹成像技术在生物领域的未来做出展望。     

基于喷射效应的太赫兹高分辨成像研究与进展

太赫兹(THz)成像技术,因其具有能量低、透射率高、波谱范围宽等独特的分析能力,已经在生物医学、安全检查、航空航天等领域展现出巨大的优势及潜在的应用价值,但是较低的空间分辨率制约了太赫兹成像技术的进一步应用。太赫兹波通过具有适当折射率的介质结构产生的“太喷射”效应调控亚波长尺寸太赫兹光场,突破衍射极限对显微系统空间分辨率的限制,同时不损失光场能量和光谱信息,实现高通量、超宽谱的远场太赫兹高分辨成像。本文首先介绍基于纳米喷射的微球透镜显微技术,接着介绍基于太喷射的太赫兹显微技术,最后对基于喷射效应的太赫兹高分辨成像技术的前景做了展望。     

连续太赫兹波数字全息相衬成像

太赫兹波具有独特的低能性、高穿透性、惧水性等成像特性,将其应用于相衬成像能够反映物体的内部结构和更加丰富全面的生物信息,在生物医学检测等领域具有重要的应用。其中,太赫兹波数字全息成像是一种可以给出定量的振幅和相位信息的非接触、全场相衬成像方法,是太赫兹成像技术领域的重要研究方向之一。本文基于连续太赫兹源,从离轴式和同轴式数字全息成像的相衬成像原理、光路系统和再现算法多个方面,介绍了相关技术的研究现状,分析了太赫兹源、再现算法等因素对成像分辨率的影响,并对太赫兹数字全息的发展趋势进行了展望。     

太赫兹成像技术在爆炸物检测中的应用

太赫兹波是一种电磁波,我们通常所说的太赫兹波的频率一般在0.1到10T赫兹之间。太赫兹波兼有微波和红外线的特点,在测量领域具有很广泛的应用。本论文简要介绍了太赫兹波的特性以及测量原理,同时指出其在爆炸物检测中的应用。     

太赫兹医学成像研究进展

太赫兹波所具有的无损性以及大量生物分子在太赫兹频段的指纹特性,使其在医学成像领域有着良好的应用前景。本文首先简要概述了太赫兹的医学成像技术手段,其次分别介绍了太赫兹在离体、活体组织中成像的研究现状。生物组织中的水会对太赫兹波产生强吸收,使得成像对比度受限。目前,为了减少组织中的水对成像的影响,针对离体组织的太赫兹成像大多需要进行切片、脱水等预处理,活体中的成像则主要应用在浅表组织。文章重点介绍了活体成像中有望提高太赫兹成像对比度的纳米粒子造影剂,最后对太赫兹医学成像的发展进行了展望。     

太赫兹技术在医学科学中的应用及研究进展

近年来太赫兹光(0.1 THz~10 THz)因其良好的探测能力和非电离特性受到研究者们的关注。根据不同的检测方式和信号处理方法,可分为太赫兹成像技术和太赫兹光谱技术两大类。太赫兹技术在医学科学中发展迅速,其中生物大分子检测和组织成像令人印象深刻。水含量和结构差异是太赫兹成像技术的理论基础,据此可对生物组织进行检测识别。不同的生物组织具有不同的太赫兹特征谱,太赫兹光谱技术通过检测吸收系数、折射系数和反射系数来识别不同的生物分子、细胞或组织。实时、无标记的检测方式有望在临床实践中发挥重要作用,但仍需克服生物安全性不明等困难。综述介绍了太赫兹技术在医学科学中的应用及研究进展,同时探讨了太赫兹技术目前需要克服的难题和潜在的生物安全性问题。

     

太赫兹超表面计算全息

全息术是一种三维成像技术,它已经被应用于多种实际场景。随着计算机科学与技术的迅猛发展,计算全息由于其方便和灵活的特性,已经成为一种广泛应用的全息成像方法。本文回顾了我们近期基于超表面的太赫兹计算全息研究进展。其中,作为全息板的超表面展示出了超越传统光学器件的独特性能。首先,利用超表面实现了对于全息板每个像素的相位振幅同时且独立的调控,进而实现了高质量全息成像。这种新的电磁波操控能力也带来了新的全息成像效果,如利用介质超表面实现了全息像沿传播方向上的连续变化。其次,对超表面在不同偏振态下的响应进行设计,分别实现了线偏振态与频率复用、圆偏振态复用、以及基于表面波的偏振复用超表面全息术。此外,本文提出了依赖于温度变化而主动可控的超表面全息术,为今后计算全息术的设计与实现提供了新的方案,也推动了超表面在实际应用方面的发展。     

基于太赫兹量子阱光电探测器的成像技术研究进展

太赫兹(THz)波对非极性材料有较好的穿透性,对生物医学组织无电离效应,因而非常适合无损检测、生物医学成像等应用。THz量子阱光电探测器(THz QWPs)具有响应速度快、响应率高、噪声等效功率低、体积小的特点。相较于其他探测器,THz QWPs作为成像系统接收器时,系统具有成像分辨率高、成像速度快、成像信噪比高、结构紧凑等优势。本文综述了基于THz QWPs的成像研究进展,并对成像系统核心指标的影响因素进行了分析和总结。采用更稳定的装置固定THz QWPs,提升器件响应速度、探测灵敏度、阵列规模,可以有效提升系统各项核心性能。     

基于高阻硅超表面结构的太赫兹聚焦透镜设计

本文利用亚波长硅圆柱组成的超表面设计了用于太赫兹探测器的聚焦透镜,通过改变硅柱的直径,实现对太赫兹波传输相位0～2π的调控。在1 THz频率下,所设计的单面超表面透镜,太赫兹波电场能量密度提升到入射平面波的32倍。基于工艺制备可行性和抗反射考虑,提出了一种双面超表面透镜,将电场能量密度提升到入射平面波的44倍。对比于传统超半球太赫兹硅透镜,超表面透镜具有厚度薄,体积小的优点,有利于太赫兹探测器组件的小型化,为实现与太赫兹探测器的集成提供了可能性。     

太赫兹波计算鬼成像:原理和展望

本文立足于太赫兹波成像领域近年来备受关注的研究热点—太赫兹波计算鬼成像,首先回顾了鬼成像从量子到经典再到计算的历史过程,然后阐述了计算鬼成像的数学原理,随后综述了计算鬼成像在太赫兹波段的发展历程,及其在超衍射分辨成像、石墨烯光电导成像、太赫兹光谱成像等方面的应用,并在最后展望了太赫兹波计算鬼成像的发展前景:计算鬼成像作为一种成像手段,可以绕开在太赫兹频段缺乏经济高效的焦面阵列式探测器的难题,但目前的成像帧率还难以满足快速成像的应用需求,相信在未来随着器件性能的提升和成像算法的优化,其成像帧率可以得到大幅提升。     

Improvement of terahertz imaging with a dynamic subtraction technique

By use of dynamic subtraction it is feasible to adopt phase-sensitive detection with a CCD camera to reduce long-term optical background drift. We report on a two-order improvement of the signal-to-noise ratio. The improved system is used to image terahertz field distribution generated by an optically rectified electro-optic crystal with a modulation depth as small as 10(-4). We also introduce a modified detection geometry that realizes near-field imaging capability with greatly improved spatial resolution.     

Influence of terahertz pulse width on two-dimensional terahertz spectroscopy

The influence of the width of terahertz (THz) pulses on two-dimensional THz spectroscopy (2DTS) has been studied theoretically via a classical method in which the expressions for the second-order nonlinear polarizations with different nonlinear sources are derived by using a perturbation approach. Compared to the common disposal method in which the THz pulse is treated as a delta function, some terms that were of unknown physical meaning or vanished will come into force when the width is considered. Three types of nonlinear sources, i.e. anharmonicity, nonlinear damping and nonlinear coupling, are considered for a single mode system. The simulation results demonstrate that the width of the incident THz pulse can markedly affect the properties of 2DTS and that different sources have different influences. This study reveals a more practical insight for 2DTS and could provide much information, such as the optimal width and interval of THz pulses, to guide possible future experiments.     

漫话数字影像技术

本文阐述了有关数字影像技术的一些基本概念、其特征、优越性和发展的成果,以及所采用的装备和材料。在数字影像技术的基础上,已开发出新的一代影像设备系列,为当代各行各业的影像体系开创了新的前景,包括:电影、电视、印刷、通讯等等。     

A review of non-linear terahertz spectroscopy with ultrashort tabletop-laser pulses

Over the past decade, breakthroughs in the generation and control of ultrafast high-field terahertz (THz) radiation have led to new spectroscopic methodologies for the study of light-matter interactions in the strong-field limit. In this review, we will outline recent experimental demonstrations of non-linear THz material responses in materials ranging from molecular gases, to liquids, to varieties of solids – including semiconductors, nanocarbon, and correlated electron materials. New insights into how strong THz fields interact with matter will be discussed in which a THz field can act as either a non-resonant electric field or a broad bandwidth pulse driving specific resonances within it. As an emerging field, non-linear THz spectroscopy shows promise for elucidating dynamic problems associated with next generation electronics and optoelectronics, as well as for demonstrating control over collective material degrees of freedom.