刘帅 1,2,3陈锴 1,2,3孙悦 1,2,3闫超 1,2,3[ ... ]姚建铨 1,2,3
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，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 天津大学微光机电系统技术教育部重点实验室，天津 300072
3~5 μm中红外波段激光在大气中具有较高的透过率，因此被广泛应用于光电对抗等领域。报道了基于掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂（MgO∶PPLN）晶体的kHz、mJ量级的中红外光学参量振荡器（OPO）。采用纳秒脉冲1064 nm激光泵浦基于多周期MgO∶PPLN晶体的OPO，OPO采用泵浦双通单谐振平凹腔结构。中红外激光的重复频率为1 kHz，4.08 μm处输出的最高单脉冲能量达到1.041 mJ。最高光-光转换效率为16.8%，斜效率为19.3%，中红外激光脉宽约为9.53 ns。在最高能量输出时，OPO运转30 min时输出功率的均方根（RMS）为0.24%。通过温度-极化周期结合的调谐方式，OPO在3.49~4.18 μm的较宽范围内都能够保持0.9 W以上平坦的高能量输出。在极化周期27.5~29.6 μm以及温度25~200 ℃的调节范围内，闲频光波长的调谐范围为3.49~4.48 μm。实现了重复频率为kHz量级、单脉冲能量为mJ量级的可调谐中红外输出，其在光电对抗领域具有应用价值。
激光器 中红外激光 掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂 全固态激光器 光参量振荡器
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
太赫兹（THz）波是频率范围在0.1~10 THz的电磁波，具有低能性、宽带性、指纹光谱、对水敏感等特点。随着太赫兹技术的发展，太赫兹成像技术在生物医学诊断、无损检测和安检等领域表现出许多独特的优点，得到了越来越广泛的关注。主要概述目前常用的太赫兹成像技术，详细介绍脉冲太赫兹成像技术、连续太赫兹成像技术、太赫兹近场成像技术及太赫兹实时成像技术的发展现状，并介绍太赫兹成像技术在安全检查、无损检测和生物医学领域的典型应用，最后对太赫兹成像技术的未来发展进行展望。
太赫兹波 太赫兹成像 远场成像 近场成像 实时成像 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811004
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 陆军军医大学西南医院神经外科, 重庆 400038
4 电子测试技术重点实验室, 山东 青岛 266555
脑缺血是一种常见的突发性脑外科疾病, 具有较高的致死致残率, 快速、 准确对脑缺血程度进行检测对脑缺血的诊断与治疗工作具有重要意义。 基于衰减全反射式太赫兹时域光谱技术, 分别对脑缺血时间为0, 0.5, 1, 2, 4, 6和24 h的大鼠脑脊液和血清进行光谱检测, 并对不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数和折射率随缺血时间的变化规律进行分析。 结果表明, 与对照组相比, 不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数和折射率均存在一定的差异。 在此基础上, 根据不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数, 采用主成分分析法和机器学习算法对大鼠的脑缺血程度进行自动分类识别。 其中, 基于脑脊液吸收系数的支持向量机分类模型的识别准确率相对较高, 达到了89.3％。 该方法为脑缺血的早期诊断提供一种新的检测方法。
太赫兹时域光谱 脑缺血 光谱识别 k-最近邻 支持向量机 Terahertz spectroscopy Cerebral ischemia Spectrum recognition k-Nearest Neighbor Support vector machine
红外与激光工程
2022, 51(9): 20210825
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 陆军军医大学西南医院神经外科, 重庆 400038
冲击波造成的脑创伤是目前较常见的致死致残疾病之一,对冲击性脑损伤的检测与分类具有重要意义。基于连续太赫兹波成像系统,对不同程度冲击波致伤的大鼠脑组织进行了连续太赫兹波衰减全反射成像检测,并采用支持向量机(SVM)分类器对不同创伤程度的脑组织太赫兹波成像结果进行分类识别。结果表明,太赫兹波衰减全反射成像技术可以实现对轻度、中度冲击性脑创伤脑部组织的检测。通过SVM分类器对不同创伤程度的脑部组织成像结果进行分类识别,其分类识别准确率可以达到86.36%。太赫兹波成像技术有望实现对不同程度冲击性脑创伤的早期精确检测与诊断。
医用光学 太赫兹波 衰减全反射 冲击性脑创伤 支持向量机 光学学报
2022, 42(10): 1017001
徐德刚 1,2,3王与烨 1,2,3,*胡常灏 1,2,3闫超 1,2,3[ ... ]姚建铨 1,2,3
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 天津大学微光机电系统技术研究室, 天津 300072
太赫兹波因其具有独特的优势,在生物医学检测、安全检查、通信和雷达等多种领域具有重要的应用前景,而太赫兹辐射源是太赫兹技术的应用基础,近年来得到了快速发展。基于光学非线性频率变换技术的太赫兹参量辐射源和差频辐射源可以产生调谐范围宽、输出能量高和单色性好的太赫兹波。本文综述了基于受激电磁耦子散射技术的太赫兹参量辐射源以及基于非线性光学差频技术的太赫兹差频辐射源的研究进展,着重叙述了当前太赫兹参量辐射源和差频辐射源在输出频率范围拓展、能量提高和快速调谐等方面的研究进展,以及太赫兹技术在脑创伤检测中的应用研究进展,并分析了光学太赫兹辐射源及其在脑创伤检测应用的关键技术问题以及发展趋势。
非线性光学 太赫兹波 受激电磁耦子散射 太赫兹参量振荡 差频 脑创伤 中国激光
2021, 48(19): 1914002
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 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
太赫兹焦平面成像是一种实用成像技术,具有快速成像、结构简单的特点,适用于生物组织的太赫兹波段成像。为此,搭建了一套反射式连续太赫兹波焦平面成像系统,对新鲜猪肉组织、大鼠脑组织和人脑胶质瘤组织进行成像。实验发现,通过添加成像窗口可以减少目标不平整表面的散射;同时,采用平场校正可以消除非均匀光照带来的影响。结果表明,反射式连续太赫兹波焦平面成像系统可用于对生物组织的实时成像,为生物组织的无标记快速成像提供了有效的技术手段。
成像系统 太赫兹成像 焦平面阵列 反射式 实时 新鲜组织
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
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 教育部光电信息技术科学重点实验室, 天津 300072
同成分铌酸锂(CLN)晶体是最常用的太赫兹参量增益晶体,基于该晶体的太赫兹波参量辐射源具有太赫兹波输出能量高、连续可调谐等优点,但是其调谐范围相对较窄,一般为0.6~3 THz,限制了其实际应用范围。为此,提出基于摩尔分数为5%的氧化镁掺杂的CLN晶体的脉冲种子注入式太赫兹波参量产生器,其太赫兹波频率调谐范围为1~4 THz,在2.0 THz处获得最大输出能量为1.02 μJ,输出太赫兹波的3 dB带宽达1.94 THz,占调谐范围的64.67%。该太赫兹辐射源具有宽频带、增益平坦等特性,在实际应用中具有更高的价值。
非线性光学 太赫兹波 脉冲种子注入 太赫兹参量产生器 受激电磁耦子 光学学报
2020, 40(15): 1519002
