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深圳先进院在太赫兹单像素成像方面取得进展

  

  近日,中国科学院深圳先进技术研究院光电工程技术中心鲁远甫团队提出并实现了一种基于空间傅里叶谱的新型太赫兹单像素成像技术,相关成果以Fourier single-pixel imaging in the terahertz regime为题发表在应用物理领域知名学术期刊Applied Physics Letters上。博士生佘荣斌和刘文权高级工程师为论文共同第一作者,通讯作者为鲁远甫正高级工程师和李光元副研究员。

  传统的太赫兹成像技术主要采用点扫描、线扫描成像的方式,成像速度慢,效率低下。近年来发展的太赫兹面阵相机成像虽取得了明显进展,但其成像设备昂贵,大多数用户难以负担。单像素成像作为一种新型成像方式,因其仅需一个无空间分辨能力的单点探测器即可实现目标物体的空间信息获取从而重建物体图像,有望为太赫兹成像领域提供兼顾成本和效率的解决方案。但是,现有的太赫兹单像素成像主要基于压缩传感方法,成像效率还有待提高。

  由于图像在空间傅里叶域的压缩比很高,在空间傅里叶域采样信号,有望在低采样率下重建出高质量的图像。根据这一原理,光电中心团队提出并实现了基于空间傅里叶谱的新型太赫兹单像素成像技术。研究人员使用空间光调制器(DMD)产生正弦条纹对入射到硅基石墨烯上的太赫兹光束进行调制,太赫兹单像素探测器获取物体二维图像的空间傅里叶谱,最后通过逆傅里叶变换重构出成像目标的二维图像。实验结果表明,该方法能够极大地降低测量次数,在保证成像质量的前提下提高成像效率,仅需图像像素数11.8%的测量次数就能成功重构出清晰的太赫兹图像。此外,该方法仅需要普通的半导体激光器来实现光致太赫兹调制,极大地降低了系统的成本,有望为实现低成本、高效的太赫兹成像系统提供实际可行的解决方案。

  该项工作得到了中科院青年创新促进会、深圳生物医学光电传感工程实验室、深圳市科技计划项目的资助。

  论文链接:https://doi.org/10.1063/1.5094728

  图 太赫兹单像素成像系统示意图(左图)、成像压缩比(右上)及样品成像图(右下)