太赫茲成像技術(shù)研究進(jìn)展及應(yīng)用

周強(qiáng)國，黃志明

(1.中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所 紅外物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200083；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

0 引言

太赫茲波指頻率在0.1～10 THz（1 THz＝1012Hz）范圍內(nèi)的電磁波。太赫茲技術(shù)是研究太赫茲波的產(chǎn)生方式、探測和應(yīng)用的技術(shù)[1]。太赫茲成像技術(shù)是新興的前沿交叉科學(xué)技術(shù)，涉及物理學(xué)、材料學(xué)、化學(xué)以及工程技術(shù)等領(lǐng)域。太赫茲成像技術(shù)利用太赫茲脈沖作用于目標(biāo)物，不僅可以透過目標(biāo)成像，而且可以通過獲取目標(biāo)物反射的太赫茲脈沖強(qiáng)度、相位等信息，再通過數(shù)字信號處理和頻譜分析實(shí)現(xiàn)太赫茲成像[2]。本文對太赫茲時(shí)域光譜（THz-TDS,terahertz time-domain spectroscopy）成像技術(shù)以及非制冷微測輻射熱計(jì)太赫茲成像技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，再介紹太赫茲成像技術(shù)在國家安全、安全檢查、生物醫(yī)學(xué)以及環(huán)境監(jiān)測等方面的應(yīng)用，最后對太赫茲成像技術(shù)在發(fā)展中存在的影響因素進(jìn)行分析。

1 太赫茲時(shí)域光譜成像技術(shù)

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，THz-TDS 成像技術(shù)在工程（如資源勘探和食品加工）、高速通信、天文研究以及生物醫(yī)療等領(lǐng)域表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景[3]。越來越多的國家和科研單位開始對THz-TDS 成像技術(shù)進(jìn)行深入的研究，獲得了高信噪比、高分辨率的圖像，滿足了不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

1.1 太赫茲脈沖掃描成像

太赫茲脈沖掃描成像利用太赫茲脈沖信號對放在二維掃描平移臺上的目標(biāo)物進(jìn)行逐點(diǎn)掃描。目標(biāo)物在垂直于太赫茲波傳輸方向的X-Y平面上移動，脈沖信號通過目標(biāo)物的不同位置，記錄不同位置的透射信息或反射信息，獲取每個(gè)像素點(diǎn)的時(shí)域波形，通過傅里葉變換技術(shù)提取頻譜中包含的相位和振幅等信息，經(jīng)頻譜分析構(gòu)建目標(biāo)物的圖像。太赫茲脈沖成像具有信噪比較高的優(yōu)點(diǎn)，其分辨率可以達(dá)到亞毫米級[4]。最早AT&T、美國貝爾實(shí)驗(yàn)室（Bell Laboratory）和IBM公司通過光電導(dǎo)[5-6]或光整流[7-9]的方法獲得寬頻太赫茲脈沖。隨著科技的進(jìn)步，使用聚焦的飛秒激光將焦點(diǎn)位置處的空氣產(chǎn)生電離，形成空氣等離子體，利用其中的光學(xué)非線性效應(yīng)也能夠產(chǎn)生太赫茲脈沖[10-12]。圖1(a)為光電導(dǎo)法產(chǎn)生THz 波，(b)為光整流效應(yīng)產(chǎn)生THz 波,(c)為空氣等離子體效應(yīng)產(chǎn)生太赫茲輻射。

圖1 太赫茲輻射產(chǎn)生方法(a) 光電導(dǎo)效應(yīng)；(b)光整流效應(yīng)；(c)空氣等離子體效應(yīng)Fig.1 (a)Photo conductance effect;(b)Optical rectification effect;(c)Air plasma effect

1995年，B.Hu 等人[13-14]使用800 nm 的脈沖激光對樹葉進(jìn)行了逐點(diǎn)掃描成像，通過語音識別算法提取樣品的相位和振幅信息。該系統(tǒng)的具體光路圖見圖2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，圖像中顏色深淺反映了含水量狀況，顏色越深表明含水量越多。由于該系統(tǒng)沒有采用鎖相放大器（lock-in amplifier,LIA），所以信噪比偏低。為了改善信噪比狀況，在1997-2001年，T.Dorney 等人[15]研制了反射式太赫茲成像系統(tǒng)，通過具有位相轉(zhuǎn)換的干涉儀裝置有效抑制了背景噪聲，極大提高了信噪比和深度分辨率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該系統(tǒng)分辨能力可達(dá)到分辨相干長度的2%。2008年，D.Banerjee 等人利用太赫茲脈沖掃描成像對紙張中的含水量進(jìn)行檢測。由于太赫茲輻射對紙張中水分細(xì)微變化比較敏感，對纖維的散射并不敏感，利用此特性可以達(dá)到較高的測量精度[16]。1996年，美國倫斯勒大學(xué)Zhang 等人[17]研制了脈沖式焦平面成像系統(tǒng)，提高了太赫茲成像的信噪比，拓展了太赫茲成像的應(yīng)用范圍。之后，Zhang 等人又通過動態(tài)相減技術(shù)，使用斬波器對信號的輸出頻率進(jìn)行調(diào)制，并結(jié)合CCD 同步控制，有效減少了背景噪聲的影響，提升了脈沖焦平面成像在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值[18]。2006年，Zhong 等人[19]通過反射式太赫茲脈沖焦平面成像系統(tǒng)對多種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行光譜檢測。該系統(tǒng)采用反射測量模式，提高了成像系統(tǒng)的實(shí)用性能。

圖2 透射型太赫茲成像系統(tǒng)原理圖[13]Fig.2 Schematic diagram of transmission THz imaging system[13]

圖3 利用透射型太赫茲成像系統(tǒng)對樹葉進(jìn)行掃描成像：(a) 新鮮樹葉成像；(b)48 h 后的樹葉成像[13]Fig.3 The leaves were scanned and imaged using a transmissive THz imaging system:(a)Fresh leaves;(b)Leaves after 48 hours[13]

由于太赫茲脈沖成像存在一定耗時(shí)的問題，時(shí)間過長對成像質(zhì)量會產(chǎn)生較大影響。日本大阪大學(xué)Yasui等人[20]對太赫茲成像系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，研發(fā)了脈沖焦線成像系統(tǒng)。其光路原理圖見圖4(a)，太赫茲波通過柱透鏡（CL1）匯聚成一條焦線照射在樣品上，通過樣品后的太赫茲焦線又經(jīng)過一個(gè)球透鏡（L2）和另一個(gè)柱透鏡（CL2）被準(zhǔn)直為平行光。在探測光路中，探測光首先經(jīng)過擴(kuò)束，并與太赫茲光束形成非共線重合。不同重合區(qū)域?qū)?yīng)著不同的時(shí)間延遲。在重合區(qū)域，探測光和探測晶體保持相對垂直，由探測晶體對太赫茲信號進(jìn)行光電采樣。因此利用此成像技術(shù)不需要對太赫茲信號進(jìn)行時(shí)域掃描，能夠直接從CMOS 相機(jī)獲取的圖像中提取出太赫茲時(shí)域信號，很大程度上縮短實(shí)驗(yàn)耗時(shí)。Yasui 等人[20]利用此系統(tǒng)對一個(gè)金屬孔陣列樣品進(jìn)行了成像測試。樣品分為4 個(gè)區(qū)域，孔陣列尺寸在每個(gè)區(qū)域中是不同的，樣品以1 mm/s 的移動速度橫向通過太赫茲焦線。圖4(b)為樣品在0.204 THz、0.407 THz、0.815 THz、1.600 THz 處的太赫茲圖像。此外，由于使用CMOS 相機(jī)采集太赫茲圖像，不能進(jìn)行到鎖相濾波導(dǎo)致太赫茲信號的信噪比偏低。2010年，Schirmer 等人使用太赫茲脈沖焦線成像技術(shù)對牙齒等組織進(jìn)行了檢測，實(shí)驗(yàn)證明此系統(tǒng)在生物檢測中具有良好的效果[21]。2011年，Blanchard 等人將太赫茲脈沖焦平面成像的圖像分辨率提升到14 μm，達(dá)到了相應(yīng)太赫茲波長（430 μm,0.7 THz）的1/30，實(shí)現(xiàn)了太赫茲近場顯微[22]。該此系統(tǒng)采用了準(zhǔn)近場探測和差分電光探測的測量方式，特別之處在于所使用的探測晶體為20 μm 厚的LiNbO3晶體。LiNbO3具有較強(qiáng)的電光系數(shù)，對太赫茲脈沖信號可以產(chǎn)生敏感的響應(yīng)。此工作表明了脈沖焦平面成像系統(tǒng)能夠?qū)ξ⒚壮叽绲臉悠愤M(jìn)行檢測，極大拓展了太赫茲成像技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域[14]。

圖4 太赫茲成像系統(tǒng)及樣品的太赫茲圖像：(a) 太赫茲脈沖焦線成像系統(tǒng)；(b) 金屬孔陣列樣品以及其在0.204THz、0.407THz、0.815 THz、1.600THz 處的太赫茲圖像[20]Fig.4 Terahertz imaging system and terahertz images of samples:(a) THz pulse focal imaging system;(b)THz images of metal hole array samples and samples at 0.204 THz,0.407 THz,0.815 THz,1.600 THz[20]

1.2 太赫茲實(shí)時(shí)成像

太赫茲實(shí)時(shí)焦平面成像系統(tǒng)屬于反射式太赫茲成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)不需要對待測物體進(jìn)行二維掃描就可以獲得整個(gè)待測物體的光譜信息，可以減少太赫茲逐點(diǎn)成像時(shí)間過長帶來的不利影響。圖5為Zhang 和Nick 等人[23]研制的基于電光材料的太赫茲實(shí)時(shí)焦平面成像系統(tǒng)。電光晶體取樣測量技術(shù)可以直接觀測到太赫茲電場的二維強(qiáng)度分布，不需要光熱效應(yīng)以及光子效應(yīng)，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間雖然較短，但電光晶體的缺陷會影響成像質(zhì)量。

圖5 太赫茲實(shí)時(shí)焦平面成像系統(tǒng)[23]Fig.5 THz real-time focal plane imaging system[23]

Zhang 等人為檢測哥倫比亞號航天飛機(jī)失事的原因，建成了第一套小型化、便攜式太赫茲連續(xù)波成像系統(tǒng)，與掃描成像相比，該系統(tǒng)可以提升信息的提取速度[24]。實(shí)驗(yàn)表明太赫茲成像技術(shù)在無損檢測方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，是X 射線以及超聲波等無法比擬的。為了進(jìn)一步消除光電探測晶體材料本身缺陷對成像帶來的影響，提高太赫茲實(shí)時(shí)成像性能，2007年Hattori等人通過采用一種數(shù)據(jù)處理方法將太赫茲實(shí)時(shí)成像中探測晶體自身不均勻的光學(xué)性質(zhì)以及光波散射所造成的圖像畸變分別提取出來，并對產(chǎn)生這些影響的因素進(jìn)行消除，可以進(jìn)一步優(yōu)化太赫茲實(shí)時(shí)成像的質(zhì)量[25]。之后，Yasuda 等人[26]通過使用太赫茲實(shí)時(shí)成像技術(shù)對水管中的水滴和塑料袋中的小鐵釘進(jìn)行成像，結(jié)合CMOS 攝像頭能夠清晰地觀測物體的移動過程。此外為了研究太赫茲脈沖在晶體中的衍射過程，Nelson 等人設(shè)計(jì)了一種新型的太赫茲實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，通過把待測物體置于LiNbO3晶體里，通過飛秒激光的基頻光以及倍頻光一起輻射LiNbO3晶體，利用基頻光產(chǎn)生太赫茲脈沖，倍頻光用于探測太赫茲脈沖，觀察到了太赫茲脈沖在LiNbO3晶體中的衍射過程[27]。

2009年英國的Thru Vision 公司研制了多通道外差接收陣列的無源焦平面成像系統(tǒng)，使成像距離大于20 m，幀速高于10 Hz，可用于車載成像，是首次投入安檢使用的太赫茲無源檢測系統(tǒng)[28]。2013年，Han等人[29]報(bào)道了基于InGaAs 的肖特基二極管（Schottky barrier diode,SBD）陣列探測器，可用于太赫茲實(shí)時(shí)成像，其平均響應(yīng)率為98.5 V/W，NEP≈10－10W/Hz1/2。

對于國內(nèi)，深圳大學(xué)Y.Jun 等人通過熱釋電焦平面陣列PY-III 型，首次開展了1.89 THz 的成像研究[30]。此后，哈爾濱工業(yè)大學(xué)通過熱釋電焦平面陣列PY-III型和SIFIR50 CO2氣體太赫茲激光器結(jié)合，研制了太赫茲實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，分別在1.63 THz、2.45 THz 和2.52 THz 頻率下進(jìn)行太赫茲成像，透射成像分辨率達(dá)到0.6 mm[31-33]。此系統(tǒng)具有功耗小、成本低、成像質(zhì)量好等特點(diǎn)，但檢測靈敏度偏低，需要使用斬波器作為輔助。

1.3 太赫茲近場成像

由于太赫茲波屬于遠(yuǎn)紅外輻射，通過瑞利判據(jù)可以知道，太赫茲成像受到波長對應(yīng)的衍射極限限制，分辨率比可見光要低，無法滿足高精度測量要求。對于傳統(tǒng)的太赫茲逐點(diǎn)成像系統(tǒng)和實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，成像分辨率一般在亞毫米量級，限制了太赫茲成像技術(shù)的實(shí)用性以及太赫茲成像系統(tǒng)的分辨率，所以突破衍射極限是非常有必要的。為此提出了太赫茲近場成像技術(shù)，該技術(shù)極大提高了太赫茲成像的性能，圖6為太赫茲脈沖近場掃描成像系統(tǒng)[34]。通常所說的太赫茲近場成像技術(shù)是指太赫茲掃描近場光學(xué)顯微（THz scanning near field optical microscopy,THz -SNOM）技術(shù)。

圖6 太赫茲脈沖近場掃描成像系統(tǒng)[34]Fig.6 THz pulse near-field scan imaging system[34]

太赫茲近場成像技術(shù)的發(fā)展主要有以下幾種：基于散射式的THz-SNOMs、孔徑的THz-SNOMs 以及基于時(shí)域光譜的THz-SNOMs。本部分內(nèi)容主要對散射式的THz-SNOMs 技術(shù)研究進(jìn)行綜述。

Huber 等人[35]使用原子力顯微鏡（atomic force microscope,AFM）研究了遠(yuǎn)場探測背向散射信號的THz-SNOMs 技術(shù)。使用太赫茲激光器對半導(dǎo)體晶體管在2.52 THz 進(jìn)行近場顯微成像，得到空間分辨率約40 mm 的圖像。2012年，Moon 等人[36]通過光電導(dǎo)天線作為太赫茲源，研制了散射式THz-SNOMs 系統(tǒng)，成功獲取近場信號。經(jīng)過對Si 襯底上的金屬薄片進(jìn)行掃描成像，獲得空間分辨率200 nm 左右的圖像。2016年，英國利茲大學(xué)Dean 等人[37]使用量子級聯(lián)激光器（quantum cascade laser，QCL）作為激光源，利用探針技術(shù)，采用自混頻方式檢測近場散射的信號，得到空間分辨率為1 μm 的圖像。之后，Kuschewski 等人[38]將高功率的自由電子激光器（Free-electron laser,FEL）作為輻射源，對金屬納米顆粒在1.3～8.5 THz 頻段內(nèi)進(jìn)行探測識別，得到空間分辨率為50 nm 的顯微圖像。2017年，劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室Degl 等人[39]同樣采用QCL 作為輻射源和自混頻的方式檢測信號，通過石英音叉對金屬納米探針的振動進(jìn)行控制，并對等離體子共振天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行散射式近場成像，空間分辨率達(dá)到78 nm。2018年，Liewald 等人[40]使用頻率為0.5～0.75 THz 的肖特基二極管（SBD）作為泵浦源，研制散射式THz-SNOMs 系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用外差檢測技術(shù)，獲得近場信號的相位和振幅。通過對半導(dǎo)體載流子進(jìn)行表征，得到空間分辨率大約為50 nm 的太赫茲近場圖像。

上述關(guān)于THz-SNOMs 系統(tǒng)多數(shù)采用氣體激光器、光電導(dǎo)天線或者QCL 作為發(fā)射源，并沒有達(dá)到毫米波段納米量級分辨率。上海理工大學(xué)的游冠軍等人[41]與SNOMs 技術(shù)開創(chuàng)者Fritz Keilmann 合作，開展以QCL 為光源的太赫茲SNOMs 技術(shù)的研究。于2016年，建成國內(nèi)首套自主研發(fā)的散射式THz-SNOMs 系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用高階解調(diào)背景壓縮技術(shù)，能有效提取散射近場信號，在獲得高空間分辨率的同時(shí)仍能保持極高的信噪比。之后，又通過使用0.1～0.3 THz 頻段的太赫茲倍頻模塊作為發(fā)射源，研制了空間分辨率為納米級的散射式THz-SNOMs 系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過納米探針將樣品表面的倏逝波轉(zhuǎn)為遠(yuǎn)場輻射波，再通過探針逐點(diǎn)掃描技術(shù)即可獲得太赫茲近場圖像。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明散射式THz-SNOMs 系統(tǒng)分別在196 GHz 和276 GHz 的頻率下對Si 襯底的金屬膜進(jìn)行成像，都獲得了空間分辨率小于60 nm 的圖像，圖7為散射式THz-SNOMs 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置與系統(tǒng)原理圖。

圖7 高空間分辨率的散射式THz-SNOMs 系統(tǒng)：(a) 實(shí)驗(yàn)裝置；(b) 系統(tǒng)原理圖[41]Fig.7 Scattering THz-SNOMs system with high spatial resolution:(a)Photos of experimental apparatus and(b)System principle[41]

1.4 太赫茲共焦掃描成像

太赫茲共焦掃描成像具有太赫茲成像和激光共聚焦掃描成像的優(yōu)點(diǎn)，按照成像方式分為反射式和透射式。

2006年，德國Salhi M.A.等人[42]首次實(shí)現(xiàn)了半共焦透射式掃描顯微鏡，圖8(a)為半共焦透射式掃描光路圖。但在半共焦裝置中，由于樣品直接放在了針孔后面，導(dǎo)致成像尺寸被限制。之后，Salhi M.A.在半共焦掃描顯微成像系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了透射式共焦掃描成像系統(tǒng)[43]，通過遠(yuǎn)紅外氣體激光器泵浦產(chǎn)生2.52 THz 的激光，其空間分辨率可以達(dá)到0.26 mm，圖8(b)為透射式共焦掃描成像系統(tǒng)。2009年，Salhi M.A.等人[44-45]改進(jìn)半共焦掃描顯微成像系統(tǒng)，將探測針孔的尺寸設(shè)計(jì)為0.5 mm，實(shí)驗(yàn)表明加入針孔后空間分辨率得到進(jìn)一步提升，使共焦成像分辨率高于普通光學(xué)系統(tǒng)。

圖8 共焦掃描成像系統(tǒng)：(a) 透射式半共焦掃描成像系統(tǒng)；(b) 透射式共焦掃描成像系統(tǒng)[42-43]Fig.8 Confocal scanning imaging system:(a)Transmission type semi-confocal scanning and(b)Confocal scanning imaging system[42-43]

2008年，Zinovev N.N.等人[46]研制了透射式太赫茲成像實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)，通過飛秒激光器激發(fā)光電導(dǎo)天線產(chǎn)生太赫茲輻射，樣品為鍍在Si 基片上的Cr 層構(gòu)成的光柵陣列。通過實(shí)驗(yàn)獲得樣品的太赫茲脈沖波形和頻譜，但針孔的加入并沒有改變太赫茲脈沖的頻率成分。之后，韓國的Lim M.等人[47]提出了太赫茲反射式共焦掃描顯微成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括太赫茲源、分光片、透鏡、探測器以及銅制針孔等。系統(tǒng)中使用的太赫茲波長為0.3 mm，3 個(gè)透鏡分別起到準(zhǔn)直、物鏡和收集鏡的作用，針孔放置于收集鏡的焦平面處，經(jīng)過計(jì)算成像分辨率可以達(dá)到40 μm。為了進(jìn)一步獲取太赫茲輻射信息，2012年，R.U.Siciliani de Cumis 等人研制了QCL 共焦顯微成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了能夠高度透射太赫茲輻射的透鏡，可以更好地準(zhǔn)直以及收集太赫茲輻射信息[48]。2014年，Hwang 等人[49]研發(fā)了自由電子激光脈沖的透射式成像實(shí)驗(yàn)裝置，使太赫茲輻射頻率達(dá)到2.7 THz，并對活體鼠皮膚進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞對于太赫茲輻射具有良好的動態(tài)反應(yīng)。

國內(nèi)有關(guān)太赫茲共焦掃描成像屬于起步階段，相關(guān)研究成果較少，目前對此開展研究的單位主要有電子科技大學(xué)、首都師范大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)。

2008年，首都師范大學(xué)張艷東等人[50]使用相干探測的技術(shù)，得到了太赫茲反射式共焦掃描顯微成像。該系統(tǒng)利用耿氏振蕩器激發(fā)產(chǎn)生0.2 THz 的輻射，針孔尺寸大小為2 mm，軸向分辨率為25.5 mm。由于針孔尺寸較大以及波長較長，成像分辨率偏低。為了解決上述問題，2010年哈爾濱工業(yè)大學(xué)丁勝暉等人通過SIFIR-50 的CO2抽運(yùn)連續(xù)太赫茲激光器研制了透射式共焦掃描顯微成像系統(tǒng)[51]。該探測器為P4-42 型熱釋電探測器，光源處的針孔和探測針孔分別為1.2 mm、0.6 mm。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，所獲得圖像的橫向分辨率得到明顯提升，并且對金屬片小于0.25 mm 的微小區(qū)域也能成像。2011年天津大學(xué)邸志剛等人研發(fā)了連續(xù)掃描的太赫茲成像系統(tǒng)[52]，太赫茲所采用光源為FIRL-100，產(chǎn)生2.52 THz 的輻射，探測器采用LiO3Ta的熱釋電探測器，經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)的橫向分辨率小于0.5 mm，獲得了較高的空間分辨率。

1.5 太赫茲三維成像

由于太赫茲三維成像技術(shù)可以更好地獲取樣品內(nèi)部的信息，目前逐漸成為研究熱點(diǎn)。太赫茲三維成像技術(shù)主要有太赫茲計(jì)算機(jī)輔助層析（computed tomography,CT）成像、太赫茲衍射層析成像、太赫茲斷層成像和太赫茲數(shù)字全息等[53]。目前太赫茲三維成像技術(shù)使用較為成熟的是太赫茲CT 成像。

評價(jià)太赫茲三維成像系統(tǒng)的性能，探測距離是十分重要的評價(jià)指標(biāo)。2006年，美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet propulsion laboratory,JPL）研制了具有高分辨測距能力的THz 雷達(dá)成像系統(tǒng)。目標(biāo)的距離為4 m 時(shí)，一維測距分辨率達(dá)到2 cm 左右[54]。之后，美國JPL 實(shí)驗(yàn)室在662～691GHz 頻段通過調(diào)頻的方式成功實(shí)現(xiàn)了在25m處的三維成像，其中平面分辨率為1 cm，深度分辨率為7 mm[55]。為進(jìn)一步提升探測距離，2008年弗勞恩霍夫研究所（Fraunhofer-Gesellschaft）通過采用調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）與逆孔徑雷達(dá)相結(jié)合的技術(shù)，在0.220THz，成功在200 m 距離處實(shí)現(xiàn)二維成像，使分辨率達(dá)到了1.8 cm 左右[56]。2009年，美國西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室（pacific northwest national laboratory,PNNL）[57-59]，在距離目標(biāo)物5 m 處實(shí)現(xiàn)了三維成像，所使用的頻率為345.2～354.8 GHz，分辨率達(dá)到了1.5 cm，對3 m2的視場范圍成像時(shí)間為10 s。

2009年，德國RPG 公司通過在230～320 GHz 頻率范圍使用FMCW 技術(shù)在1.5 m 左右的探測距離實(shí)現(xiàn)了三維成像，深度分辨率為1.4 mm，距離0.5 m 處的平面分辨率達(dá)到4 mm，30 cm×20 cm 的視場范圍成像時(shí)間約為9 s（75×50 像素）[60-61]。之后，Brahm A.等通過THz-TDS 成像技術(shù)對裝有葡萄糖和乳糖的聚苯乙烯泡沫進(jìn)行光譜層析成像，再與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比分析，能夠識別出葡萄糖以及乳糖在材料中的位置[62]。2014年，Brahm A.等[63]利用THz-TDS 成像技術(shù)對不同材料以及形狀的樣品進(jìn)行CT 投影時(shí)的光學(xué)效應(yīng)進(jìn)行了深入的研究，并結(jié)合Zemax 軟件對投影圖像進(jìn)行模擬仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示所得到的折射效應(yīng)與理論計(jì)算有著較好的吻合。

2010年，日本的Kato E.等通過超短脈沖光纖激光器激發(fā)光電導(dǎo)開關(guān)，產(chǎn)生3 THz 的脈沖信號，實(shí)現(xiàn)光譜三維層析分析[64]。該系統(tǒng)的特點(diǎn)在于使用光纖激光器和光電導(dǎo)開關(guān)產(chǎn)生太赫茲波，可以探測到整個(gè)頻帶內(nèi)的振幅和相位投影信息，圖9(a)為三維光譜層析實(shí)驗(yàn)裝置原理圖，(b)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖9 三維光譜層析實(shí)驗(yàn)裝置及其成像結(jié)果：原理圖(a)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果(b)[64]Fig.9 Three-dimensional spectrum chromatography system and its imaging results:(a)Schematic diagram and(b)Experimental results [64]

同年，Buma T.等人通過將綜合孔徑聚焦技術(shù)與逐點(diǎn)成像技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)三維圖像的構(gòu)建[65]。此外他們利用一種加權(quán)求和的算法，使重建圖像中出現(xiàn)的旁瓣假象問題得到解決。Abraham 等人通過太赫茲脈沖成像研究了折射率大的物體對三維層析成像的影響[66]。2011年，電子科技大學(xué)使用CO2泵浦CH3OH產(chǎn)生太赫茲波，并設(shè)計(jì)了面陣探測器連續(xù)THz 層析成像系統(tǒng)[67]。2012年，圣安德魯大學(xué)設(shè)計(jì)了0.34 THz超外差三維成像雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過發(fā)射共極化、接收共極化以及交叉極化用于顯示和處理。此項(xiàng)目開始于2008年，通過不斷地改進(jìn)，在20 m 處獲得10 frames/s 的成像幀速率[68-69]。2016年，S.Tripathi 等人在窄線寬、可調(diào)諧太赫茲參量源和太赫茲轉(zhuǎn)換頻率上轉(zhuǎn)換探測技術(shù)對塑料物體進(jìn)行CT 成像，由于該方法將太赫茲頻率的探測轉(zhuǎn)換到近紅外波段探測，在1.5 THz 附近探測動態(tài)范圍可達(dá)90 dB，很好地反映出物體內(nèi)部信息以及缺陷位置[70]。2017年，周濤等人利用單載流子光電二極管（uni-traveling-carrier photo diode,UTC-PD）產(chǎn)生90～140 GHz 低相干太赫茲輻射，成功重建了陶瓷樣品的三維圖像，表明了太赫茲波在無損檢測中具有巨大的實(shí)用價(jià)值[71]。

1.6 太赫茲差分成像和偏振成像

在THz-TDS 技術(shù)中，利用差分探測技術(shù)可以進(jìn)一步提高太赫茲脈沖的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性以及信噪比[72]。差分探測技術(shù)由于沒有使用正交偏振片，利用動態(tài)相減技術(shù)有效抑制了噪聲信號，提升了探測信號的強(qiáng)度。

2004年，Hattori T 和Rungsawang R 等人[73-74]通過使用太赫茲實(shí)時(shí)成像光學(xué)外差探測技術(shù)，提高了測量的線性程度，但是信噪比偏低，不夠理想。2007年，Pradarutti 等人設(shè)計(jì)了一套成像系統(tǒng)，基本上實(shí)現(xiàn)了差分成像，但是由于像素點(diǎn)較少，不能進(jìn)行實(shí)時(shí)成像[75]。Kitahara 等通過將1/4 波片、CMOS 攝像頭以及線陣偏振片結(jié)合，成功實(shí)現(xiàn)了相鄰像素的差分成像[76]。2010年，Wiegand 等人分別將太赫茲波與探測波進(jìn)行線聚焦，利用兩個(gè)線陣CMOS 攝像頭并結(jié)合差分探測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了太赫茲差分成像。該系統(tǒng)采用帶有振蕩器的激光光源，使太赫茲實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的可集成性能得到提高[77]。

在太赫茲成像技術(shù)中，多數(shù)采用光電導(dǎo)采樣和電光采樣的方法測量太赫茲脈沖，基本上忽略了其中存在的偏振因素。為了提高成像系統(tǒng)的信息獲取能力，可以通過改變探測光的偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)對不同太赫茲偏振分量的高精度測量。

2005年，Planken 等人研發(fā)了新的光學(xué)探測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對太赫茲偏振態(tài)的測量，其光路系統(tǒng)圖參照文獻(xiàn)[78]。2006年，Rutz 等人使用THz-TDS 成像技術(shù)，測量了有關(guān)液晶聚合物的雙折射特性，并使用太赫茲逐點(diǎn)成像技術(shù)探測到樣品中光軸方向的變化情況，但該技術(shù)并沒有觀測到樣品內(nèi)部的狀況[79]。2009年，Jordens 等采用一種新的數(shù)據(jù)處理方式，利用太赫茲時(shí)域脈沖的光譜特性，能夠觀察到樣品內(nèi)部的分布呈現(xiàn)各向異性[80]。2010年，L.Zhang 等人把石英晶體作為偏振器，由于石英晶體對太赫茲偏振分量的時(shí)間延遲不同，可提取樣品的偏振信息[81]，并利用此方法對泡沫的偏振信息進(jìn)行了測量。

在國內(nèi)對太赫茲差分成像和偏振成像有較深入研究的有張巖團(tuán)隊(duì)[14,75]，為了提高成像系統(tǒng)的信噪比以及成像系統(tǒng)的信息獲取能力分別引入以下兩種技術(shù)：①將差分電光探測技術(shù)引入成像系統(tǒng)，使得單像素太赫茲信號的信噪比可以達(dá)到20 dB；②通過改變探測光的偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)對不同太赫茲偏振分量的高精度測量，提升了探測靈敏度和精確度，圖10為該團(tuán)隊(duì)對太赫茲脈沖焦平面成像系統(tǒng)的改進(jìn)。

圖10 改進(jìn)型太赫茲脈沖焦平面成像系統(tǒng)[14]Fig.10 Improvement of THz pulsed focal plane array imaging system[14]

1.7 其他太赫茲成像技術(shù)的研究

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展太赫茲成像技術(shù)取得重大進(jìn)步，許多關(guān)鍵技術(shù)得到突破，使太赫茲成像的分辨率、靈敏度、響應(yīng)頻率帶寬以及響應(yīng)時(shí)間不斷得到提升。下面介紹比較有代表性的有關(guān)太赫茲成像技術(shù)的前沿研究，可以看出太赫茲成像技術(shù)的快速發(fā)展。

2007年，德國的法蘭克福大學(xué)研制了Hybrid 系統(tǒng)[82]，該系統(tǒng)可以將連續(xù)的太赫茲波分成兩束，其中一束用于對物體的探測，另一束不攜帶任何信息僅作為參考。通過對兩束太赫茲波進(jìn)行比較能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率的連續(xù)太赫茲波成像。

2010年，韓國Lee K 等人[83]研究了基于相干光學(xué)的太赫茲壓縮感知理論（Compress sensing，CS）的成像方式。CS 理論主要用于信號分析，它通過開發(fā)信號的稀疏特性，在遠(yuǎn)小于Nyquist 采樣率的條件下，用隨機(jī)采樣的方式獲取信號的離散樣本，然后通過非線性算法重建信號。目前它在光學(xué)、信息處理、微波成像、模式識別等領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注，在2007年被美國科技評論評為年度十大科技進(jìn)展。2011年，美國哈佛大學(xué)Yu 等人[84]第一次提出了超表面的概念，研發(fā)了亞波長金屬天線器件，該器件對可見光場具有特殊的調(diào)制作用。2012年，Han 等人[85]通過使用130 mm數(shù)字CMOS 技術(shù)集成的280 GHz 4×4 SBD 成像探測陣列，在不需要使用復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)下，成功實(shí)現(xiàn)了電子多像素掃描成像，響應(yīng)率達(dá)到5.1 kV/W，NEP＝2.9×10－11W/Hz1/2。SBD THz 具有響應(yīng)速度快、靈敏度高，室溫工作的特點(diǎn)，但寄生電容在高頻下工作時(shí)會對器件性能產(chǎn)生影響。

2015年，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所（Shanghai Institute of Technical Physics,SITP）黃志明研究員采用窄禁帶半導(dǎo)體成功實(shí)現(xiàn)了0.3～3.0 THz 的寬波段、高靈敏度、低噪聲等效功率和快速響應(yīng)的太赫茲探測器件[86]，并證明了通過光子的波動性產(chǎn)生新型光電效應(yīng)規(guī)律實(shí)現(xiàn)高靈敏度太赫茲探測的可行性，該項(xiàng)工作為太赫茲探測技術(shù)的突破提供了重要技術(shù)途徑，該探測器原理圖見圖11。

圖11 基于窄禁帶半導(dǎo)體的太赫茲探測器原理圖[86]Fig.11 Schematic diagram of a THz detector based on narrow bandgap semiconductors[86]

2017年，吳福偉等人研究了220 GHz 波段的太赫茲合成孔徑成像雷達(dá)，圖12為太赫茲SAR 成像雷達(dá)系統(tǒng)圖[87]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示太赫茲SAR 成像雷達(dá)系統(tǒng)分辨率可以達(dá)到3cm。實(shí)驗(yàn)表明太赫茲SAR 成像雷達(dá)系統(tǒng)比光電傳感器具有更強(qiáng)的穿透能力，其成像速度也優(yōu)于傳統(tǒng)的微波雷達(dá)。

圖12 太赫茲SAR 成像雷達(dá)系統(tǒng)[87]Fig.12 THz SAR imaging radar system[87]

2017年，劉力源等人[88]研制了基于CMOS 工藝并結(jié)合了低噪聲信號處理技術(shù)的THz 成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了太赫茲天線、高電壓響應(yīng)晶體管以及THz 匹配網(wǎng)絡(luò)。在室溫條件下，該系統(tǒng)具有較高的圖像分辨率與成像質(zhì)量，且NEP＜1.06×10－10W/Hz1/2。

2019年，魯遠(yuǎn)甫團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于空間傅里葉譜的新型太赫茲單像素成像技術(shù)[89]。通過使用空間光調(diào)制器（digital micromirror device,DMD）產(chǎn)生正弦條紋對入射到硅基石墨烯上的太赫茲光束進(jìn)行調(diào)制，然后太赫茲單像素探測器獲取物體二維圖像的空間傅里葉譜，最后通過逆傅里葉變換重構(gòu)出成像目標(biāo)的二維圖像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠極大地減少測量次數(shù)，在保證成像質(zhì)量的前提下提高成像效率，測量次數(shù)僅需圖像像素?cái)?shù)的11.8%就能重構(gòu)出清晰的太赫茲圖像。圖13(a)為太赫茲單像素成像系統(tǒng)示意圖、(b)成像壓縮比及(c)樣品成像圖。

圖13 新型太赫茲單像素成像技術(shù)：(a) 系統(tǒng)示意圖；(b) 成像壓縮；(c) 樣品成像圖[89]Fig.13 Novel THz single-pixel imaging technology:(a) System schematic diagram;(b) Image compression ratio;(c)Sample image[89]

從THz-TDS 成像技術(shù)發(fā)展歷程可以看出，通過不斷地在太赫茲成像系統(tǒng)中使用新的技術(shù)，如太赫茲焦平面成像、近場成像、三維成像、改變半導(dǎo)體禁帶寬度以及像素模式等技術(shù)，不僅可以提高太赫茲成像系統(tǒng)的探測靈敏度和分辨率等性能，而且對太赫茲成像設(shè)備趨向小型化、實(shí)用化也有很大的促進(jìn)作用。從發(fā)展趨勢也可以看到太赫茲成像技術(shù)在半導(dǎo)體等材料性能表征方面也會逐漸得到重視。

2 室溫微測輻射熱計(jì)太赫茲成像技術(shù)

許多太赫茲成像器件需要在室溫下工作，因此開展室溫下的太赫茲成像技術(shù)研發(fā)是十分必要的。通過使用熱敏微橋結(jié)構(gòu)的太赫茲探測器不僅具有探測波段寬、陣列規(guī)模大、集成度高、實(shí)時(shí)成像等顯著特點(diǎn)，而且使系統(tǒng)更加趨于小型化、便攜式以及實(shí)用化[90]。

2005年，麻省理工學(xué)院首次采用非制冷紅外氧化釩焦平面探測器實(shí)現(xiàn)了連續(xù)波THz 透射成像。探測系統(tǒng)使用BAE Systems 公司160×120 非制冷紅外焦平面相機(jī)和2.52 THz 氣體激光器[91]。2011年，Coppinger使用商用的非制冷紅外探測器進(jìn)行了成像實(shí)驗(yàn)，該探測器雖然對10 μm 紅外輻射吸收約為90%，但對太赫茲輻射吸收不高，因此探測性能較差[92]。

2008年，日本電器公司（NEC）首次優(yōu)化VOxTHz探測器探測單元的微橋結(jié)構(gòu)，即在雙層微橋的頂層增加一層太赫茲吸收層對太赫茲輻射阻抗進(jìn)行調(diào)制[93]。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖14。

圖14 雙層微橋結(jié)構(gòu)太赫茲探測示意圖[93]Fig.14 Schematic diagram of double-layer microbridge structure for terahertz detection[93]

2009年，加拿大INO 公司設(shè)計(jì)了基于VOx熱敏材料的太赫茲成像所需要的光學(xué)鏡頭，并進(jìn)行了成像實(shí)驗(yàn)[94]。之后，INO 公司制備了160×120 陣列的抗反射涂層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對5 mm 厚度的聚乙烯塑料遮擋金屬刀片的透射成像[95]。此外該公司又提出了采用黑金材料、金屬薄膜、蝶形天線等方式提高對太赫茲輻射的吸收[96]。2011年，INO 公司分析了不同探測單元尺寸對太赫茲探測成像效果影響，隨著探測單元尺寸的減小，成像分辨率不斷提高。INO 公司研制了312 μm 像素尺寸的微橋結(jié)構(gòu)，測試發(fā)現(xiàn)微橋結(jié)構(gòu)存在明顯的形變[97]。2012年，INO 公司又提出了折反式太赫茲探測成像鏡頭和微掃描的圖像處理方法，改善了太赫茲成像質(zhì)量[98]。2013年，INO 公司推出了384×288陣列規(guī)模太赫茲相機(jī)，該相機(jī)在1.04 THz 處的NEP＝50 pW·Hz－1/2，可對信封內(nèi)的刀片進(jìn)行透射成像[94]。2012年，法國CEA-Leti 研制了單片多光譜探測器[99]，該系統(tǒng)由紅外探測器、發(fā)光二極管以及α-Si THz 微測輻射熱計(jì)組成，能夠進(jìn)行可見光、紅外和太赫茲波段的成像，且該系統(tǒng)的NEP＜10－11W/Hz1/2。2018年，Marchese 報(bào)道了針對目標(biāo)物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)，透鏡的F數(shù)由0.95 降低到0.60，聚焦長度為44 mm，使太赫茲透射圖像的質(zhì)量得到明顯改善[100]。

由此可見太赫茲成像技術(shù)通過引入熱敏微橋結(jié)構(gòu)，不僅使太赫茲系統(tǒng)成像質(zhì)量得到明顯提高，而且使其具有室溫工作、實(shí)時(shí)成像、小型化和實(shí)用化等特點(diǎn)。

3 太赫茲成像技術(shù)的應(yīng)用

隨著對太赫茲成像技術(shù)研究的不斷深入，各國越來越認(rèn)識到了太赫茲成像技術(shù)的重要性。尤其是美國在太赫茲成像技術(shù)的領(lǐng)域取得了很大進(jìn)步，之后一些歐洲國家在太赫茲領(lǐng)域也取得了許多重要研究成果。我國雖然在太赫茲研究領(lǐng)域起步較晚，但我國對太赫茲技術(shù)的發(fā)展給予了高度重視和大力支持，極大推動了我國太赫茲技術(shù)的快速發(fā)展。

太赫茲成像技術(shù)所表現(xiàn)出的優(yōu)異特性可應(yīng)用于國家安全、安全檢查、生物醫(yī)學(xué)、無損檢測、目標(biāo)雷達(dá)成像、環(huán)境監(jiān)測和天文研究等領(lǐng)域，具有十分重要的實(shí)用價(jià)值和學(xué)術(shù)價(jià)值。

3.1 安全檢查

太赫茲波具有強(qiáng)穿透性和低輻射特性，與X 射線相比安全性更高，它不會引起生物組織的有害電離反應(yīng)，對生物產(chǎn)生的安全問題更小，極大彌補(bǔ)了X 射線檢測和其他檢測技術(shù)的缺陷[101]。這在旅客身體的安全檢查和生物樣品的檢查等方面至關(guān)重要。圖15為太赫茲成像技術(shù)在安全檢查方面的應(yīng)用，圖15(a)為中國電科38 所研制太赫茲人體安檢儀系統(tǒng)成像，圖15(b)為諾·格公司研制的太赫茲安檢儀成像。

圖15 太赫茲成像技術(shù)在安全檢查方面的應(yīng)用：(a) 為中國電科38 所研制太赫茲人體安檢儀系統(tǒng)成像；(b) 為諾·格公司研制的太赫茲安檢儀成像Fig.15 The application of THz imaging technology in security inspection:(a) Imaging for the THz human security detector system developed by China Electric Power 38 Institute;(b)Imaging for the THz security detector developed by Northrop Grumman

3.2 無損檢測

太赫茲波能夠穿透幾千毫米厚的泡沫等材質(zhì)，探測到其中的缺陷，可以為航天飛機(jī)以及衛(wèi)星的安全提供保障。圖16(c)為金屬缺陷處的太赫茲波圖像，(d)為泡沫板缺陷檢測結(jié)果，檢測結(jié)果來源于美國倫斯勒理工大學(xué)太赫茲研究中心[102]。

圖16 航天飛機(jī)缺陷處的太赫茲圖像Fig.16 THz image of space shuttle defect

3.3 生物醫(yī)學(xué)

太赫茲輻射不僅具有較低的電離輻射，而且很多生物大分子以及DNA 分子的旋轉(zhuǎn)及振動能級大多處于太赫茲波段內(nèi)，生物組織對太赫茲波具有獨(dú)特的響應(yīng)。因此太赫茲技術(shù)能夠?qū)ι锝M織進(jìn)行檢查，判斷生物組織是否發(fā)生病變，以便及時(shí)治療。

此外太赫茲成像具有很好的光譜分辨特性，可以快速確定受傷或者病變的組織，圖17為腫瘤組織的太赫茲圖像[103-104]。

圖17 體內(nèi)和體外腫瘤組織的太赫茲圖像[103]Fig.17 THz images of tumor tissue in vivo and in vitro[103]

3.4 國家安全

由于太赫茲波具有很強(qiáng)的穿透能力，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，太赫茲輻射可以穿透木質(zhì)、土質(zhì)等非金屬墻體，從而獲得室內(nèi)圖像。通過太赫茲成像技術(shù)從墻外掌握室內(nèi)情況，對保障反恐人員安全與反恐任務(wù)的執(zhí)行，起到了重要的作用。

3.5 環(huán)境監(jiān)測和天文研究

太赫茲成像技術(shù)不僅可以對大氣中的一氧化碳（CO）、水（H2O）、氮?dú)猓∟2）、氧氣（O2）等氣體進(jìn)行探測[105]，而且宇宙中大部分物質(zhì)發(fā)出的電磁波處于太赫茲波段，因此太赫茲成像可以對宇宙中冷暗區(qū)域進(jìn)行探測和成像，如研究黑洞的形成和對遙遠(yuǎn)天體的觀測[106-109]，見圖18。

圖18 太赫茲成像技術(shù)在環(huán)境和天文領(lǐng)域的應(yīng)用：環(huán)境監(jiān)測(a)以及天文研究(b)[109]Fig.18 The application in enviroment and astronomy field:of terahertz imaging technology:in environmental monitoring(a)and astronomical research(b)[109]

4 太赫茲成像技術(shù)限制因素

雖然太赫茲成像技術(shù)在許多方面具有很大的優(yōu)勢，但也存在一定的局限性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①由于水分子對太赫茲波吸收很強(qiáng)，因此對含水量較多的物體無法進(jìn)行清晰成像，這就對太赫茲技術(shù)在醫(yī)學(xué)生物組織檢測等方面的應(yīng)用帶來了一定的限制?？諝庵兴乃畾庖矔O大影響了太赫茲技術(shù)的探測距離。

②太赫茲探測器對溫度比較敏感，外界溫度的變化會對探測結(jié)果產(chǎn)生影響。因此在進(jìn)行成像實(shí)驗(yàn)時(shí)盡量保持溫度恒定。

③由于太赫茲成像過程中存在耗時(shí)問題，時(shí)間過長會對樣品成像質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響?？赏ㄟ^使用大面積電光晶體（如，LiNbO3、GaSe、ZnTe）與CCD、CMOS 相機(jī)結(jié)合縮短成像時(shí)間。

④采用反射式太赫茲成像系統(tǒng)，應(yīng)該確保太赫茲信號正入射到樣品的表面，否則經(jīng)過透鏡反射的太赫茲波與樣品反射的太赫茲波會產(chǎn)生干涉，對成像結(jié)果造成影響。

⑤太赫茲信號在輸出功率和帶寬上存在輸出功率低、帶寬窄的問題。此外在研究太赫茲源時(shí)還應(yīng)該考慮到穩(wěn)定性、高效、環(huán)保等問題。

⑥當(dāng)可疑物品被金屬遮擋時(shí)，太赫茲成像技術(shù)就無法發(fā)揮作用，這時(shí)可以結(jié)合其他探測技術(shù)，如金屬探測器等。

⑦室溫下具有微橋結(jié)構(gòu)的太赫茲成像系統(tǒng)，無法進(jìn)行被動成像，因此在成像時(shí)需要結(jié)合外部太赫茲輻射源；此外該系統(tǒng)在高頻太赫茲波段探測性能較好，但在低頻段響應(yīng)偏低。

由于我國的太赫茲成像技術(shù)起步較晚，在關(guān)鍵技術(shù)方面還不太成熟，在太赫茲輻射、太赫茲傳輸、太赫茲調(diào)制方式、太赫茲探測等方面都需要進(jìn)一步提高、完善。

5 總結(jié)與展望

本文綜述了太赫茲成像技術(shù)的主要研究進(jìn)展，介紹了太赫茲成像技術(shù)的典型應(yīng)用，可以看出太赫茲成像技術(shù)應(yīng)用范圍日益廣泛，得到越來越多國家的重視。太赫茲成像系統(tǒng)必須滿足高分辨率、實(shí)時(shí)性好、便攜性以及靈敏度高等性能的要求。

對于目前可以有效改進(jìn)太赫茲成像性能的技術(shù)手段，我們認(rèn)為可以從以下幾點(diǎn)考慮：

①通過使用高性能材料（如石墨烯、硅烯、黑磷等），利用新材料的優(yōu)異性能不斷研發(fā)新的器件。

②通過使用超表面結(jié)構(gòu)增加對太赫茲輻射的耦合吸收。

③通過消除背景噪聲與干涉效應(yīng)，提高太赫茲成像系統(tǒng)獲取信息的能力，例如可以發(fā)展單像素成像、CS 理論以及優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)等技術(shù)。

④通過引入太赫茲天線，將THz 能量耦合到探測器的探測單元上，提高對太赫茲輻射的收集能力。

⑤相比傳統(tǒng)的太赫茲成像器件，微橋結(jié)構(gòu)的太赫茲焦平面探測陣列器件具有探測波段寬、陣列規(guī)模大、集成度高、實(shí)時(shí)成像、小型化、便攜式以及實(shí)用化等優(yōu)勢。

我國太赫茲成像技術(shù)起步較晚，有許多關(guān)鍵技術(shù)還需要攻克，所以需要科學(xué)研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)集團(tuán)加強(qiáng)合作，研制出擁有自主產(chǎn)權(quán)的太赫茲成像技術(shù)，使太赫茲成像技術(shù)在我國形成產(chǎn)業(yè)化，更好地為我國的國防和民生建設(shè)服務(wù)。