太赫茲成像專利技術(shù)綜述

鄭義智

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州 510000）

太赫茲成像專利技術(shù)綜述

鄭義智

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州 510000）

本文對太赫茲成像技術(shù)的專利申請情況進行了分析，并對改進太赫茲脈沖時域光譜成像系統(tǒng)成像速度的中國專利技術(shù)進行了介紹。

太赫茲；成像；時域；成像速度

1　技術(shù)背景

太赫茲（Terahertz，THz）波通常是指頻率為0.1THz-10THz （1THz=1012Hz）的電磁波，其波段在微波和紅外光之間，屬于遠紅外波段。早在20世紀初期，科學(xué)家就對太赫茲波產(chǎn)生了濃厚的興趣，但由于缺乏有效的產(chǎn)生和檢測方法，人們對該波段電磁輻射性質(zhì)的了解很少，以至于該波段被稱為電磁波譜上最后一塊未開發(fā)的前沿。近年來，固態(tài)振蕩器和自由電子激光器的發(fā)展為太赫茲脈沖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定可靠的激發(fā)光源，同時基于超快激光技術(shù)發(fā)展出來的太赫茲時域光譜系統(tǒng)也為太赫茲波的研究提供了有效的手段，因此，對太赫茲波的研究在20世紀末取得了很大的進展，并已成為21世紀科學(xué)研究最前沿的領(lǐng)域之一。

太赫茲波的高頻率使其具有很高的空間分辨率，且太赫茲波成像相對于可見光和X射線具有非常強的互補特征，特別適合于可見光不能透過，而X射線成像的對比度又不夠的場合，因此太赫茲成像技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、無損探傷、安全檢測等方面具有重大的應(yīng)用前景。由于太赫茲波的光子能量遠低于X射線，可實現(xiàn)對人體或物品的無損成像，美國國防部投入了大量的資金研究太赫茲成像陣列技術(shù)，并期望將其應(yīng)用在反恐或安檢中。另外，貝爾實驗室也已經(jīng)成功應(yīng)用太赫茲掃描成像技術(shù)實現(xiàn)IC芯片中的金屬引線成像檢測［1］。

2　專利申請情況分析

在SIPOABS和DWPI專利數(shù)據(jù)庫中對太赫茲波成像系統(tǒng)的專利申請進行統(tǒng)計分析。從申請國別上來說，專利申請量最多的國家為美國，中國位居第二，接下來是日本。從申請人上而言，中國計量學(xué)院的專利申請數(shù)目遙遙領(lǐng)先，且中國計量學(xué)院和首都師范大學(xué)均對太赫茲成像技術(shù)開展了深入的研究。

但是需要注意的是，中國的申請人主要集中在高?；蚩蒲袡C構(gòu)，專利技術(shù)離實際應(yīng)用仍有一段距離。反觀美國的申請人，除了有New Jersey Tech Inst（高校）外，更有像Lucent Technology和IMRA America這樣的企業(yè)；英國則有專門從事太赫茲成像系統(tǒng)生產(chǎn)的Teraview；而日本的佳能和尼康公司也具有一定數(shù)目的專利申請。因此，在太赫茲成像技術(shù)實際應(yīng)用領(lǐng)域，歐美和日本仍處于領(lǐng)先的水平。

3　專利文獻分析［2-6］

對專利申請量最大的企業(yè)Teraview進行專利申請追蹤，不難發(fā)現(xiàn)，無論是利用太赫茲成像系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)品檢測，還是對太赫茲成像系統(tǒng)的改進，基于的均是太赫茲脈沖時域光譜成像系統(tǒng)。一方面說明太赫茲脈沖時域光譜成像系統(tǒng)發(fā)展成熟，可較為廣泛的應(yīng)用在實際檢測中；另一方面，也說明了太赫茲成像系統(tǒng)處于發(fā)展階段，仍有許多問題亟需解決。

既然太赫茲脈沖時域光譜成像系統(tǒng)有較為廣泛的應(yīng)用，自然會出現(xiàn)對該系統(tǒng)進行改良的發(fā)明創(chuàng)造，以克服其缺點，使其具有更優(yōu)秀的應(yīng)用效果。太赫茲脈沖時域光譜成像系統(tǒng)最大的缺點就是成像速度慢。

對于成像速度慢的缺點，中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所提供了一種太赫茲脈沖快速成像的數(shù)據(jù)獲取方法。該方法通過盡量減少光學(xué)延遲線的移動，對待測的成像數(shù)據(jù)在最大幅值和最小幅值處進行選擇性獲取。由于舍棄了大量對成像最終結(jié)果無關(guān)的其它信息數(shù)據(jù)的采集，因此可以大幅提高了太赫茲脈沖成像數(shù)據(jù)獲取的速度。利用本方法可以極大地縮短太赫茲脈沖成像的時間，為太赫茲脈沖成像技術(shù)在實際應(yīng)用的推廣創(chuàng)造了可行性。

中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所本發(fā)明公開了一種利用頻率光梳實現(xiàn)太赫茲快速成像的太赫茲時域光譜系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用周期結(jié)構(gòu)的透射特性，把不同結(jié)構(gòu)單元復(fù)合到同一區(qū)域內(nèi)，得到透射峰疊加的透射譜，疊加后的透射譜將在頻譜上形成頻率光梳。成像光梳的透射特性與周期結(jié)構(gòu)的空間排列位置有關(guān)，利用這一相關(guān)性，可以使用大光斑太赫茲光束入射到成像光梳和待測物體上，使用點探測收集透射信號。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理提取出待測物體的透射特征空間分布信息，實現(xiàn)快速成像。

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所提供了一種基于太赫茲量子器件的透射成像裝置及其對應(yīng)的成像方法。該裝置使用太赫茲量子阱探測器作為信號探測器，可有效提高系統(tǒng)的成像速度和成像質(zhì)量。

首都師范大學(xué)提供了一種太赫茲波成像系統(tǒng)，通過采用幀掃平面鏡在一個小角度范圍內(nèi)擺動實現(xiàn)對被測目標的大范圍的二維多列掃描，從而提高掃描成像速度。

4　結(jié)語

太赫茲成像系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景，全球范圍內(nèi)許多企業(yè)、科研機構(gòu)均已投入大量人力、物力，以期取得關(guān)鍵的技術(shù)突破。從專利申請情況來看，國內(nèi)企業(yè)申請量偏少，需要進一步創(chuàng)新；而國內(nèi)高校和科研機構(gòu)需要增強與企業(yè)的合作，爭取將其專利技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，以期獲得技術(shù)優(yōu)勢。

［1］ 楊昆，太赫茲時域光譜成像的研究［D］，首都師范大學(xué)，2009。

［2］ Shen Yaochun et al.，A method and apparatus for analysing an LCD，GB，GB2445957A［P］，2008。

［3］ 范文慧 等，太赫茲脈沖快速成像的數(shù)據(jù)獲取方法，CN，CN102297848A［P］，2011。

［4］ 熊偉 等，利用頻率光梳實現(xiàn)太赫茲快速成像的太赫茲時域光譜系統(tǒng)，CN，CN102980857A［P］，2013。

［5］ 譚智勇 等，基于太赫茲量子器件的透射成像裝置及成像方法，CN，CN102445420A［P］，2012。

［6］ 鄧朝 等，一種太赫茲波成像系統(tǒng)，CN，CN102681023A［P］，2012。

O359

A

1003-5168（2015）11-083-01

鄭義智（1987.12-）男，碩士，專利審查員，研究方向：光譜成像。