1 中北大学信息与通信工程学院, 山西 太原 030051
2 中北大学仪器与智能学院, 山西 太原 030051
3 中北大学仪器与电子学院, 山西 太原 030051
药物片剂中气孔体积与药片在自然状态下的总体积之比被称为孔隙率。 药物片剂在生产过程中, 由于原料的理化性质、 人为因素和环境因素的影响, 气孔的形成是不可避免的。 孔隙率是药物片剂的一个重要特性, 孔隙率的大小会影响片剂的崩解、 溶解和生物利用度。 目前常见的药片孔隙率检测手段如压汞法、 氦比重法、 红外光谱法等等, 均无法实现药片孔隙率的无损、 快速检测。 为此提出一种利用连续太赫兹波对单个药物片剂进行孔隙率检测的方法, 分别用两种标准规格的平面药物片剂作为研究对象, 使用矢量网络分析仪在500～750 GHz的频率范围内测量通过每个药片传输的信号, 从测得的S参数中提取出每个片剂的包裹相位值, 然后对包裹相位值进行相位展开和校正以得到片剂的真实相位值, 并通过计算药物片剂与空气的相位差得到药片的有效折射率。 同时使用零孔隙率近似(ZPA)的理论模型将药片有效折射率和孔隙率联系起来。 使用矢量网络分析仪测得并计算两种药片的孔隙率与采用气体置换法测量的标准孔隙率的相对误差分别为7.3%和5.3%, 实验结果表明利用连续太赫兹波检测药片孔隙率的方法具有可行性。 太赫兹波检测药片孔隙率的方法简单、 实用, 并能做到无损、 快速检测, 为今后药物片剂制造生产中的快速、 灵敏和无损孔隙率测量工作奠定基础。
孔隙率 连续太赫兹波 矢量网络分析仪 Porosity Continuous terahertz wave Vector network analyzer 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3360
1 北京工业大学理学部，北京 100124
2 北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心，北京 100124
太赫兹同轴数字全息是一种全场、无透镜、定量相衬成像方法，具有简单且稳健的光路结构，适合太赫兹波应用，然而其固有的孪生像问题会严重降低再现像的质量。提出一种将物理模型和卷积神经网络相结合的迭代相位复原方法，在无需施加约束以及准备预训练的标记数据集情况下，可从单幅同轴数字全息图中高保真度地恢复出样品的复振幅分布，并充分抑制孪生像干扰。仿真和实验结果表明了该方法的可行性，再现像质量优于目前主流方法，即基于物理增强神经网络的方法可以进一步拓展太赫兹数字全息成像的应用范围。
连续太赫兹波 同轴数字全息 神经网络 相位复原 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811002
1 河北工业大学 人工智能与数据科学学院，天津 300401
2 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
3 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
4 河北工程大学 数理科学与工程学院，河北 邯郸 075000
5 运城学院 物理与电子工程系，山西 运城 044000
针对现有的太赫兹成像系统所需硬件设备复杂且昂贵的问题，设计了基于单幅图像超分辨重建的连续波太赫兹成像系统，降低设备复杂度和硬件成本。通过对该成像系统生成的太赫兹图像进行双维度预处理，降低图像处理的占用内存，提高后续处理速度。引入限制对比度自适应直方图均衡方法对太赫兹图像进行分区域对比度提升，有效解决太赫兹图像对比度低的问题。利用稀疏表示和字典学习实现太赫兹图像的超分辨重建，提出了反余割拟牛顿平滑零范数的算法解决零范数优化问题，提高了重建精度。通过对该成像系统采集的单幅太赫兹图像进行超分辨重建，在边缘强度上提高了3.232，在平均梯度对比中提高了0.300，验证了对单幅太赫兹图像超分辨重建的有效性与优越性。
太赫兹成像 连续太赫兹波 超分辨重建 terahertz imaging continuous terahertz waves super-resolution reconstruction 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220292
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所，天津300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津300072
3 陆军军医大学第一附属医院神经外科，重庆400038
4 天津大学生命科学学院天津市微纳生物材料与检疗工程技术中心，天津300072
乳腺癌是女性常见癌症之一，乳腺癌区域的精准检测对乳腺癌的治疗有至关重要的作用。本文采用频率为2.52THz的连续太赫兹波反射式成像系统，对小鼠在体皮下乳腺癌模型进行了太赫兹波成像检测。研究结果表明，太赫兹波成像可以清晰识别出乳腺癌区域，且与肉眼可见肿瘤区域一致。在体乳腺癌区域的太赫兹波相对反射率高于正常组织，两者相对反射率差值高达15%。进一步，对距离皮肤表面不同深度的离体乳腺癌组织进行切片和苏木精-伊红（H&E）染色，作为金标准对照。结果发现乳腺癌区域的面积随着距离皮肤表面深度的增加而增大。通过将太赫兹波成像与H&E染色结果对比可知，在距离皮肤表面约460μm处，太赫兹波图像和H&E染色图中的肿瘤区域面积相等。由此可知，太赫兹波对在体皮下乳腺癌的探测深度大约在460μm左右，太赫兹波有望实现深部肿瘤的检测。
乳腺癌 连续太赫兹波 反射成像 乳腺肿瘤诊断 Breast cancer continuous terahertz wave reflection imaging breast tumor diagnosis
中国计量大学 太赫兹技术与应用研究所，杭州 310018
为了将光子混频的连续太赫兹波透射成像系统应用于样品厚度检测中，采用该系统获得的相位信息对样品进行了2维厚度测量。利用两个外腔半导体结构的激光器搭建了基于光子混频的连续太赫兹波透射成像系统，并利用X-Y 2维电动平移台放置样品进行点点扫描成像。该系统可同时获得样品的幅度信息和相位信息，在太赫兹波辐射频率0.47THz时，系统信噪比可达68dB。计算得出的厚度值与实际样品的厚度值最大相差0.02mm；另外还分析了平行平面样品干涉效应和样品不同透射强度对厚度测量的影响。结果表明，样品折射率越高，平行平面干涉效应对厚度测量影响越大；样品透射系数越大，测量精度也越高。当样品太赫兹波透射系数大于0.5时，厚度测量精度优于2.0%。
测量与计量 厚度测量 相位信息 光子混频 连续太赫兹波成像 measurement and metrology thickness measurement phase information photomixing continuous wave terahertz imaging
首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
研究了一种基于偏振特征的连续太赫兹(THz)波成像检测技术。实验采用相干公司SIFIR-50 连续THz 波激光器作为光源，搭建THz实时偏振成像系统。根据目标透射光偏振特性的差异，利用日本NEC 公司IRV-T0831C 型非制冷测微辐射热THz相机，获取金属结构、货币水印和隐藏物体三类典型目标的THz波透射图像，计算目标的斯托克斯参量图像和偏振图像，分析了THz波偏振成像的检测特性。实验表明，THz偏振成像技术既发挥了THz波无损成像的优势，又能有效提高目标的识别效率，使不同目标物体的成像差异最大化。
成像系统 连续太赫兹波 实时成像 偏振成像 目标检测
华中科技大学 光学与电子信息学院 武汉光电国家实验室, 武汉 430074
为了研究太赫兹无损检测技术对复合材料与金属板黏合面粘接质量的检测能力,在隔热板上制造了不同特征的人工缺陷,并使用德国SynViewScan 300连续太赫兹波成像系统对样件进行了检测。结果表明,太赫兹波能够穿透复合材料,并获得复合材料与金属板的黏合面处的2维太赫兹图像,从图像中能够清晰地分辨出不同特征的缺陷。该研究结果为检测复合材料黏合质量及脱黏状况提供了有效的办法。
激光技术 无损检测 粘接质量 人工缺陷 连续太赫兹波成像 laser technique nondestructive inspection adhesive quality artificial defect continuous THz wave imaging
中国计量学院太赫兹技术与应用研究所, 浙江 杭州 310018
基于光子混频原理及相干探测技术，利用外腔半导体激光器及一种蝶形交指结构低温砷化镓光电导天线，搭建了一个可调谐连续太赫兹波辐射探测系统。在室温条件下，实现了连续太赫兹波的产生及探测，其连续太赫兹波输出的线宽优于1 MHz。在频率小于0.70 THz时, 实验获得的系统信噪比均在50 dB以上。在频率为0.50 THz处，系统信噪比为64 dB。另外，还实验研究了辐射太赫兹波电场强度与光电导天线偏置电场的关系，讨论了外腔半导体激光器模式对连续太赫兹波辐射的影响。
光谱学 连续太赫兹波辐射 光子混频 光电导天线 成像
北京市太赫兹波谱与成像重点实验室,太赫兹光电子学教育部重点实验室, 首都师范大学物理系, 北京100048
返波管(BWO)连续太赫兹波成像方法是一种新的无损检测方法。实验过程中把样品放在二维电控平移台 上进行扫描成像,透过样品的太赫兹波强度信息由热释电探测器 接收,再经由电脑成像。给出了应用0.71 THz的连续太赫兹波对打孔铝板、公交卡、校园卡的内部结构和 对隐藏在信封内的硬币等物体和信封内纸片上的铅字迹的成像 实验研究事例,并且测知该系统能够分辨出最小直径为1.5 mm的小孔。并且对成像图像进行了数字图像处理,结论 表明,优化处理后的图像更加直观明显,提高了连续波 成像的应用能力。揭示了BWO连续太赫兹波成像系统在无损检测和安检领域是实际有效的。
无损检测 BWO连续太赫兹波成像 返波管 数字图像处理 nondestructive testing BWO continuous-wave THz imaging backward-wave oscillator digital image processing
首都师范大学物理系, 北京市太赫兹波谱与成像重点实验室, 省部共建太赫兹光电子重点实验室, 北京 100048
简要介绍了连续太赫兹波远距离反射式成像系统及其在安全检测领域中的应用。该系统采用耿氏振荡器作为辐射源; 无偏置的肖特基二极管作为探测器; 工作频率为0.2 THz; 成像距离为25 m。样品放在由计算机控制的X-Y二维平移台上, 通过控制样品的二维移动来实现扫描成像。由菲涅耳聚乙烯透镜准直后的太赫兹波束在空气中传播, 然后用另一个菲涅耳聚乙烯透镜聚焦到样品上。通过逐点扫描的方法得到样品不同点背向散射的太赫兹波的强度信息, 进而绘制出样品的二维灰度图像。通过对25 m远处的多孔铝板、飞机模型以及装在纸盒内的玩具手枪进行成像, 结果表明连续波远距离成像在安全检测领域具有广阔的应用前景。
连续太赫兹波 远距离成像 耿氏振荡器 肖特基二极管 安全检测
