导读
据英国萨塞克斯大学官网近日报道，该校物理学家团队成功开发出首款非线性相机，它能够采用太赫兹辐射采集固体内部的高分辨率图像。
背景
赫兹波，是指频率范围在100GHz到10THz之间，介于微波和红外线之间的电磁波。 6park.com
（图片来源：维基百科） 6park.com
它对于人眼来说是不可见的，然而却可以像X射线一样轻易穿透纸张、衣服和塑料等材料，还不会造成伤害。即便是最脆弱的生物样本也可以安全使用它。太赫兹成像使人们有可能“看清楚”物体的分子组成，并区分不同的材料，例如糖与可卡因。 6park.com
用太赫兹技术对一本合上的书中的书页内容进行成像（图片来源：Barmak Heshmat） 6park.com
太赫兹波具有穿透性强、安全性高、定向性好、带宽高、时间与空间分辨率高等技术优势。因此，太赫兹技术可应用于成像、存储、通信、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学、安全检测、无损检测等多个领域。 6park.com
用太赫兹频段电磁脉冲切换计算机存储单元的存储状态（图片来源：莫斯科物理技术学院） 6park.com
创新
近日，英国萨塞克斯大学的物理学家团队成功开发出首款非线性相机，它能够采用太赫兹（THz）辐射采集固体内部的高分辨率图像。
下图所示：时间分辨的非线性鬼成像相机采用非线性晶体将标准的激光转化为太赫兹图案，从而用单个太赫兹像素重构出复杂的样本。 6park.com
（图片来源：萨塞克斯大学） 6park.com
在新兴光子学（EPic）实验室教授 Marco Peccianti 领导下，Luana Olivieri、Juan S. Totero Gongora 以及一个研究生团队构造出一款新型太赫兹相机，它能以前所未有的精度探测太赫兹电磁波。
采用太赫兹辐射拍摄的图像被称为“高光谱（hyperspectral）”，因为组成图像的每个像素点都含有物体在那一点上的电磁签名。
技术
为了解释他们所取得的成就的重要性，Peccianti 教授说：“太赫兹相机的核心挑战并不是采集图像，而是保留物体的频谱指纹，这些指纹很容易被你的技术破坏。这就是我们取得的成就的重要性所在。图像的所有细节的指纹都以一种让我们可以全面详细了解物体特性的方式被保留下来。”
目前为止，可采集高光谱图像的相机保留了太赫兹辐射展示的所有细节，而之前这被认为是不可能的。 6park.com
由一个虚拟物体发射的太赫兹场的艺术再现（图片来源：萨塞克斯大学） 6park.com
EPic 实验室团队使用了一款单像素相机，利用太赫兹光图案对样本物体进行成像。他们构造的这一原型可检测物体是如何改变太赫兹光的不同图案的。通过将这个信息与每个原始图案的形状结合起来，相机就可以展示物体的图像及其化学组成。
太赫兹辐射源非常虚弱，并且到目前为止，高光谱成像的保真度有限。为了克服这一点，萨塞克斯大学团队用标准的激光照射一个独特的非线性材料，这种材料能将可见光转化为太赫兹。这款原型相机创造出非常接近于样本的太赫兹电磁波，类似显微镜的工作方式。因为太赫兹波穿过物体并不会影响它，所以生成的图像以三维的方式展示了物体的形状和组成。
价值
Totero Gongora 博士表示：“这是一个巨大的进步，因为我们论证了不仅我们之前理论研究中的所有可能性都是可行的，而且我们的相机工作得比预计的还好。在打造这款装置时，我们探索出了几个可以优化成像过程的方案，现在这项技术不仅稳定，而且工作得很好。下一步我们研究的将加速图像重建过程，让我们更接近太赫兹相机的真实世界应用，例如机场安检、智能汽车传感器、生产过程中的质量控制，甚至是检测皮肤癌等健康问题的扫描器。”
关键字
成像、太赫兹、相机
参考资料
【1】Luana Olivieri, Juan S. Totero Gongora, Luke Peters, Vittorio Cecconi, Antonio Cutrona, Jacob Tunesi, Robyn Tucker, Alessia Pasquazi, Marco Peccianti. Hyperspectral terahertz microscopy via nonlinear ghost imaging. Optica, 2020; 7 (2): 186 DOI: 10.1364/OPTICA.381035
【2】https://www.sussex.ac.uk/news/features/all?id=51331