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1、华中科技大学博士学位论文连续太赫兹波成像与探测技术研究姓名：张敏申请学位级别：博士专业：光学工程指导教师：阮双琛20090221I摘 要* 近年，太赫兹波技术引起科技人员的广泛研究。太赫兹波技术以其较低的光子能量、较高的穿透性、丰富的光谱信息在生物医学、安全监测等领域都展示了独特的优势。 太赫兹波辐射源和太赫兹波探测技术影响着其他一切太赫兹波科学和技术研究的发展。太赫兹波成像技术则是太赫兹波应用中的一个重要领域。目前国际上对太赫兹波成像装置的研究以基于太赫兹时域光谱的透射和反射成像装置为主。 但该方法中成像元件需要在扫描点上暂停，耗时太长，图像对比度不高。相比于脉冲太赫兹波，连续太赫兹波产生装
2、置结构更为简单、输出功率更高，在实际成像应用中更有优势。本论文为连续太赫兹波成像与探测技术研究，是太赫兹波应用的关键技术。 本论文利用光泵连续波太赫兹源（0.3-7THz，平均可达 50mW） ，探讨基于热释电原理的太赫兹应用技术，涉及到利用热释电面阵相机的实时成像和利用红外热释电元件的探测与扫描成像。 (1) 基于热释电相机 （124124 阵列） 获得了连续太赫兹波实时成像。 在 2.52THz，1.89THz 和 1.63 THz 连续太赫兹波下得到了的稳定实时成像，成像面积达25mm25mm。 (2) 研制了连续太赫兹波实时透射成像系统，得到了连续太赫兹波实时图像，针对太赫兹波纸币鉴伪
3、这一特殊应用领域，进行了详细研究。 (3) 利用直方图法分析了太赫兹波实时图像的特点，研究了连续太赫兹实时图像增强与拼接成像的方法， 提高了成像效果。 介绍了软件设计的过程， 给出了软件界面。 (4) 对各种红外元件的太赫兹波响应数据进行了分析，选择了适当的探测元（LHI778） ，并探索了信号放大的方法，设计了探测器。实验证明该太赫兹波探测器可稳定工作于 2.52THz，1.89THz 和 1.63 THz 连续太赫兹波；适用于 0mW-50mW 之间非相干探测，响应度达到 1000V/W 以上。 * 本课题得到广东省科技计划项目 (2006B37330002)及 2006 年深圳市重点实验
4、室提升项目 (200654) 支持 II(5) 为了进一步测试探测器性能，在自制探测器的基础上，进一步研制了连续太赫兹波的扫描成像装置，获得了 200mm130mm 范围的二维点扫描成像。本论文给出了探测器性能的测试数据和各种样品的连续太赫兹波扫描图像。 关键词：关键词：连续太赫兹波 太赫兹探测 太赫兹波实时成像 太赫兹波扫描成像 太赫兹波探测器 IIIABSTRACT* Over the past several years，terahertz technique has propelled a tremendous wave in the study of its potential ap
5、plications in the biological medicine and security inspection, due to its low photon energy, high penetration and broad spectral information. The terahertz source and detection has been crucial for both applications and experiments aimed at clarifying their physical characteristics. And the terahert
6、z imaging technology is one of the most important field in terahertz radiation applications. More recently groups have begun to do terahertz transmission and reverberation imaging works based upon the terahertz time-domain imaging technique. While most of research work has utilized pulsed terahertz
7、source and requires a time delay scan. As a result, the scanning is very slow and the images have low contrast. In comparison with pulsed terahertz source, the continuous-wave terahertz source is more compact and simple, it have high and stable output power as well. Thus the continuous-wave source i
8、s more favorable for imaging. Our research work is mainly focused on continuous-wave terahertz imaging and detection technology, which are the key techniques of terahertz radiation applications. In this thesis, an optically-pumped terahertz laser with wavelength from 0.3 to 7THz was used as a contin
9、uous-wave terahertz source. The average power was about 50mW. The terahertz application techniques based on pyroelectric principle were investigated, including the details on real-time imaging with pyroelectric camera, detection and scanning imaging with infrared pyroelectric sensor. (1) Continuous-
10、wave terahertz real-time imaging with a 124124 element pyroelectric camera was investigated. A stable continuous-wave terahertz real-time imaging system with area of about 2.5cm2.5cm was demonstrated, operating at 2.52THz, 1.89THz, and 1.63 THz, respectively. (2) The continuous-wave terahertz real-t
11、ime images, the homemade continuous-wave terahertz real-time imaging system and application in detail ware provided. By using this setup, the bank note was identified. (3) To achieve high quality images, this thesis analyses the characteristics of images * This work was from project 200654 supported
12、 by Shenzhen key laboratory improving fund and project 2006B37330002 supported by Guangdong R/D Fund. IVby using histogram method. Based on the characteristic of continuous-wave terahertz real-time image, enhancement and mosaic ware adopted. The main interface and the program of the software ware pr
13、ovided, as well. (4) Various infrared pyroelectric sensors responses at different terahertz frequency- ranges ware analyzed. This thesis chose most suitable sensor (LHI778), developed signal amplification circuit, and designed the detector. Experimental results indicate that the detector is suited f
14、or non-coherent detection from several to 50mW, with the laser lines at 2.52THz, 1.89THz, and 1.63 THz. The responsivity is over 1000V/W. (5) In order to measure the stability of detector further, this thesis developed a terahertz scanning imaging system with imaging area of about 200130mm. The tera
15、hertz scanning images of various samples ware provided. Key words: continuous-wave terahertz detection of terahertz radiation real-time terahertz imaging scanning terahertz imaging terahertz detector; 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做
16、出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日本论文属于 11 概论 太赫兹（Terahertz，THz，1 THz=1012Hz）辐射通常指频率在 0.1THz10THz（3mm30m）区间的电磁辐射，其波段位于微波和红外光之间，属于远红外线和亚毫米波范畴，
