基于空间型调制技术的太赫兹成像方法研究

论文摘要

因为太赫兹拥有许多特殊的性质,所以其被世界各国的研究人员关注。太赫兹成像作为太赫兹的一个重要研究方向,其在人体安检、医学诊断以及缺陷检测等领域具有非常重要的应用价值。太赫兹成像分为两种,一种是焦平面阵列式太赫兹成像,另一种是单探测器式太赫兹成像,这两种成像方法各有其相互矛盾的优缺点,制约了太赫兹成像的发展。而利用太赫兹编码技术这一技术,可以很好的解决现在面临的问题。实现这一技术的关键器件是空间型太赫兹调制器,其中,基于硅材料制作的光控空间型太赫兹调制器具有巨大的发掘潜力。但是受其本身折射率的影响,硅对太赫兹波和激光都有着较高的反射率,严重影响了其调制性能和成像效果。本实验室提出一种基于黑硅的空间型太赫兹调制器,通过在硅表面进行化学刻蚀,可以在其表面刻蚀出微金字塔结构,而入射的激光将在这些微金字塔结构之间形成多次反射,增加其对激光的吸收效率,能够将硅材料对泵浦激光的反射率从40%降低到13%。并通过THz-TDS系统验证了,在太赫兹波的调制性能方面,黑硅比普通硅具有更好的调制效果。黑硅对0.8THz的太赫兹波的调制深度甚至可以达到95.59%。为了研究黑硅调制器在实际太赫兹成像中的效果,需要一个实际的基于空间调制技术的太赫兹成像系统来进行实验。所以,本文对基于空间调制技术的太赫兹成像系统的成像原理进行了研究,建立了数学模型,并在此基础上搭建了太赫兹成像系统。分别利用黑硅和普通硅作空间型太赫兹调制器来进行成像操作,并进行对比分析。发现黑硅所得到的成像图片具有比硅更好的清晰度,太赫兹波的轮廓更明了,成像的精度更高,图像的盲点也更少。我们又进一步分析了太赫兹波束分布特性和高斯背景对成像效果的影响,并提出了有效的优化方法。最后,因为随着成像规模逐渐扩大,采用逐点扫描这一类传统成像方法会使得成像时间极大增加。为了降低成像时间,本文提出引入压缩感知技术,并对压缩感知技术的原理以及其在太赫兹成像方面的潜在应用进行了研究。还利用正交匹配追踪（OMP）算法,在MATLAB仿真环境中实现了对一维信号和二维图像信号的压缩感知恢复重构仿真实验,仿真中,其压缩率最低可为21.9%。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 朱韵樵

导师: 文岐业

关键词: 太赫兹波,太赫兹成像技术,空间太赫兹调制器,单像素探测器,黑硅

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 电子科技大学

分类号: TN761;O441.4

总页数: 68

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