小/微型太赫兹成像系统初显身手

斯洛文尼亚卢布尔雅那大学Janez Trontelj教授领导的研究团队开发了一套小型化太赫兹成像系统和微型版本的THz传感器，可用于检测THz光束或实时捕获反射/透射THz图像。该系统集成了所有必要的电子设备，数据处理模块和USB到串行驱动程序，可以轻松地嵌入到其他系统中或在计算机系统内的高度集成。系统可以获得2D和3D图像，具有出色的灵敏度、信噪比和深度分辨率。

图1、微型太赫兹传感器系统

系统的检测是基于照明THz波束和目标反射THz波束的混频的原理。由于两个波束的行进长度存在差异，所以混频的结果是与调制速率线性相关的低频光束。系统中最重要的器件是太赫兹传感器，它同时执行信号检测，以及对LO信号和目标反射信号进行混频。为此，研究团队使用了天线耦合的纳米测辐射热（nano-bolometer）的MEMS器件，按八个像素为一组的线性阵列排列。THz传感器传感器悬置在真空中，从而保证了出色的灵敏度和信噪比。经测量，传感器灵敏度达到1000V / W，噪声等效功率约为5pW / pHz。

图2、双频THz传感器系统

左：两个阵列，每个16个传感器，其工作在0.3和0.6THz的中心频率（分别为10和60GHz的带宽）；

右：四个宽带传感器阵列（0.2-1THz），具有专用的四通道专用集成电路，用于前端信号处理。

图3所示是系统获得的THz图像。2D图像包括关于从物体反射的光束的强度信息，而3D图像还通过反射信号的距离提供了物体在空间中的位置的信息。

图3、系统获得的THz图像。

左：卷绕在塑料卷轴上并封装在盒子中的线圈的2D图像；

右：一个充满气体的点烟器的三维太赫兹图像。

凭借太赫兹传感器的高灵敏度，该系统可以获得低至几微米的深度分辨率。因此，该系统可以在许多方面得以应用。例如在THz频率下透明或半透明的材料的定位和层析成像，如图4所示。物体被包装在视觉上不透明的材料中，例如塑料包装纸，纸板和纸箱。

图4、在THz频率下透明或半透明的几个对象的THz断层成像结果。

Janez Trontelj教授领导的研究团队未来的挑战是开发一种微型、集成和高效的太赫兹源来代替低效的频率倍频器，而且初步设计已经显示出很大希望。