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太赫兹偏振实时成像

王新柯  崔烨  孙文峰  叶佳声  张岩  
【摘要】:太赫兹光波是属于远红外波段的电磁辐射,由于其具有诸多其它波段无法比拟的特性,在近十几年来太赫兹技术逐渐被人们所熟悉,并迅速的发展起来。在众多已报道的太赫兹光谱与成像技术中,太赫兹脉冲实时成像技术已成为本领域中的一个研究热点,它有机的结合了光谱与成像的测量技术,可以对物体的二维光谱信息进行精确提取。基于此技术本身的特点,可以大大缩短实验时间,并可以清晰的展现太赫兹光波透过物体后的衍射过程。太赫兹实时成像技术的研究对于将太赫兹成像应用于安全检查、无损探伤、生物成像、食品质量控制,以及光学基础研究,都具有重要的推动作用。目前,已有多种太赫兹实时成像技术被报道,但是这些研究都只针对太赫兹电场单一偏振分量进行测量,使得所获得的光学信息存在一定的缺陷。在本工作中,我们提出了一种光学测量手段,可以将偏振测量技术有效的融入太赫兹实时成像中,大大扩充了所测量的太赫兹信息。我们搭建了一套太赫兹准近场实时成像系统,以确保可以获得高分辨率的图像,并且利用差分探测技术获取图像信息,以增强系统的信噪比。为了测量不同偏振态的太赫兹电场,我们在探测光路上插入了一个二分之一波片,通过调整探测光的偏振态,来使探测晶体对于太赫兹电场不同的偏振分量进行响应。当探测光偏振与晶体的(001)轴成0度时,太赫兹水平偏振分量被测量,竖直分量被抑制;当探测光偏振与晶体的(001)轴成45度时,太赫兹竖直偏振分量被测量,水平分量被抑制。因为我们所提出的方法,并不像传统的太赫兹偏振测量技术一样,需要转动探测晶体的晶向来对太赫兹偏振态进行测量,因此避免了由晶体转动所导致的测量误差。利用这种方法,我们可以对太赫兹实时偏振图像进行精确的测定。为了证明本成像系统的测量性能,我们在太赫兹光路中插入了一个金属线栅偏振片,随着其角度的转动测量太赫兹偏振态的改变,发现本系统对于偏振变化的灵敏度可以小于0.50。我们利用本系统,通过偏振测量成功识别了石英玻璃、普通玻璃和石英晶体之间光学性质的差别,发现只有石英晶体对太赫兹偏振态存在调制作用,表明了石英晶体的双折射特性。通过一系列的实验,我们证明了将偏振测量引入太赫兹实时成像,有效地增强了此成像技术的实用性,对将太赫兹成像技术最终应用于实际具有很好的推动作用。

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