✖


Jump to content

Терагерцовая томография

Терагерцовая томография
Цель Визуализация осуществляется с помощью терагерцового излучения.

Терагерцовая томография — это класс томографии , при котором секционная визуализация осуществляется с помощью терагерцового излучения . Терагерцовое излучение — это электромагнитное излучение с частотой от 0,1 до 10 ТГц; в спектре он находится между радиоволнами и световыми волнами; оно охватывает части миллиметровых волн и инфракрасных волн . Из-за своей высокой частоты и короткой длины волны терагерцовая волна имеет высокое соотношение сигнал/шум во временном спектре. [1] Томография с использованием терагерцового излучения может отображать образцы, непрозрачные в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Технология трехмерной (3D) визуализации на терагерцовых волнах быстро развивалась с момента ее первого успешного применения в 1997 году. [2] и последовательно был предложен ряд новых технологий трехмерной визуализации.

Терагерцовая визуализация

[ редактировать ]

Терагерцовая визуализация имеет преимущества перед более дорогими рентгеновскими сканерами с меньшим радиусом действия. Разнообразные материалы прозрачны для терагерцового излучения, что позволяет измерять толщину, плотность и структурные свойства труднообнаружимых материалов. Поскольку терагерцовое излучение не является ионизирующим излучением, его использование не вызывает повреждения живых тканей, что делает терагерцовое излучение безопасным и неинвазивным методом биомедицинской визуализации. Более того, поскольку многие материалы имеют уникальную спектральную характеристику в терагерцовом диапазоне, терагерцовое излучение можно использовать для идентификации материалов. Терагерцовая визуализация широко используется при изучении свойств полупроводниковых материалов, биомедицинской визуализации клеток, а также химических и биологических исследованиях. [ нужна ссылка ] Терагерцовые системы во временной области (THz-tds) добились значительных успехов в области двумерной визуализации. ТГц-tds способен определять комплексную диэлектрическую проницаемость образца, обычно 0,1–4 ТГц, и предоставляет информацию о статических характеристиках образца на десятках частот. [3] Однако эта технология имеет некоторые ограничения. Например, из-за меньшей мощности луча датчик должен быть более чувствительным. Низкая скорость получения изображений может привести к поиску компромисса между временем и разрешением.

Приложения

[ редактировать ]

Терагерцевая визуализация может быть полезна для проверки багажа и почтовой почты, поскольку она позволяет идентифицировать вещества на основе их характеристических спектров в этом диапазоне частот, например, взрывчатые вещества и запрещенные наркотики; [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] например, некоторые жидкие взрывчатые вещества можно отличить по изменению диэлектрического отклика в терагерцовом диапазоне в зависимости от процентного содержания спирта. [15] Хотя опасные металлические предметы, такие как ножи, можно распознать по форме с помощью определенных алгоритмов распознавания образов, [16] невозможно видеть сквозь металлические пакеты с терагерцовыми волнами. Таким образом, терагерцовые спектрометры не могут заменить рентгеновские сканеры, хотя они дают больше информации, чем рентгеновские сканеры для материалов низкой плотности и химического разделения. [17]

Терагерцовые системы используются для управления производством в бумажной и полимерной промышленности. [18] Они могут определять толщину и содержание влаги в бумаге. [19] и проводящие свойства, уровень влажности, ориентация волокон и температура стеклования в полимерах. [20] [21] [22] [23]

Терагерцевые системы облегчают обнаружение металлических и неметаллических загрязнений в пищевых продуктах. [24] Например, терагерцовые волны позволили обнаружить металлические и неметаллические посторонние вещества в плитках шоколада. [25] поскольку продукты с низким содержанием воды, такие как шоколад, почти прозрачны в терагерцовом диапазоне. Терагерцовая томография также полезна в винодельческой и спиртовой промышленности для количественного определения влажности и неразрушающего анализа пробки.

Терагерцевая визуализация может обнаружить, что разные изомеры имеют разные спектральные характеристики в терагерцовом диапазоне, что позволяет терагерцовой спектроскопии различать стереоизомеры — решающее различие в фармации, где один изомер может быть активным соединением, а его энантиомер может быть неактивным или даже опасным. [26] Терагерцовые системы также используются для измерения качества покрытия таблеток. [27]

Терагерцовая визуализация позволяет проводить неразрушающий анализ ценных произведений искусства на месте. Он может выявить скрытые слои и пропускание различных пигментов. [28] [29] Он также исследуется как инструмент для 3D-визуализации. [30] [31]

Методы

[ редактировать ]

Терагерцовую томографию можно разделить на режим пропускания и отражения. Он действует как расширение рентгеновской компьютерной томографии (КТ) на другой диапазон волн. В основном он изучает создание моделей процессов, таких как преломление, отражение и дифракция, когда терагерцовые волны передают образцы, что предъявляет определенные требования к алгоритмам реконструкции. В соответствии с разной задержкой передачи отраженного сигнала терагерцовой волны на разных глубинах внутри образца, информация о глубине может быть получена путем обработки отраженного сигнала внутри образца для реализации томографии. При реализации в основном используются терагерцовая времяпролетная томография (ТГц-ВП) и ТГц оптическая когерентная томография (ТГц-ОКТ).

ТГц дифракционная томография

[ редактировать ]

В дифракционной томографии луч обнаружения взаимодействует с мишенью и использует полученные рассеянные волны для построения трехмерного изображения образца. [32] Эффект дифракции и теорема о дифракционном срезе освещают поверхность рассеянного объекта и записывают отраженный сигнал, чтобы получить распределение дифракционного поля после образца, чтобы исследовать форму поверхности целевого объекта. Для мелких образцов с более сложной структурой поверхности эффективна дифракционная томография, поскольку она может обеспечить распределение показателя преломления образца. [33] Однако есть и недостатки: хотя скорость визуализации терагерцовой дифракционной томографии выше, качество ее изображения низкое из-за отсутствия эффективного алгоритма реконструкции. В 2004 г. С. Ваанг и др. впервые применил дифракционную хроматографию на основе системы ТГц-tds для изображения образцов полиэтилена. [34]

ТГц томосинтез

[ редактировать ]

Томосинтез — это метод, используемый для создания томографии высокого изображения. Реконструкция может производиться по нескольким углам проекции, что позволяет быстрее создать изображение. Этот метод имеет низкое разрешение, но более высокую скорость визуализации. [35] Этот метод также имеет преимущество перед терагерцовой КТ. Терагерцовая КТ существенно зависит от отражения и преломления, особенно для широких и плоских образцов пластин, которые имеют большой угол падения на краю и сильное затухание сигнала. Поэтому трудно одновременно получить как полные проекционные данные, так и существенную информацию о шуме. Однако на синтетическую томографию терагерцового разлома не влияют преломление и отражение из-за небольшого угла падения во время проецирования. Это эффективный метод локальной визуализации, быстрой визуализации или неполного вращения образца. В 2009 г. Н. Унагучи и др. в Японии использовали непрерывный твердотельный умножитель частоты терагерцового диапазона с частотой 540 ГГц для проведения TS-визуализации трех букв «T», «H» и «Z» на разной глубине стикеров. [36] Метод обратной проекции и фильтр Винера были использованы для восстановления пространственного распределения трех букв.

ТГц времяпролетная томография

[ редактировать ]

Терагерцовая хроматография дефектов может восстановить трехмерное распределение показателя преломления , отражая терагерцовый импульс на разной глубине в образце. Информацию о распределении показателя преломления по глубине можно получить путем анализа временной задержки пикового значения отраженного импульса. Продольное разрешение времяпролетной томографии зависит от ширины импульса терагерцовых волн (обычно десятки микрон); следовательно, вертикальное разрешение пролетной хроматографии очень велико. В 2009 г. Дж. Такаянаги и др. разработал экспериментальную систему, которая успешно использовала томографию полупроводникового образца, состоящего из трех листов бумаги, наложенных друг на друга, и тонкого слоя GaAs толщиной два микрона. [37]

3D-голография

[ редактировать ]

ТГц луч может быть включен в трехмерную голографию, если включена дифференциация каждой многократно рассеянной терагерцовой волны разных порядков рассеяния. [38] При регистрации распределения интенсивности и фазы интерференционная картина, создаваемая светом объекта и эталонным светом, кодирует больше информации, чем сфокусированное изображение. Голограммы могут обеспечить трехмерную визуализацию интересующего объекта при реконструкции с помощью оптики Фурье . [39] Однако получение высококачественных изображений с помощью этого метода остается проблемой из-за эффектов рассеяния и дифракции, необходимых для измерения. Измерение рассеяния высокого порядка обычно приводит к плохому отношению сигнал/шум (SNR). [40]

Линзы Френеля

[ редактировать ]

Линзы Френеля служат заменой традиционным преломляющим линзам. [41] с преимуществами небольшого размера и легкости. Поскольку их фокусные расстояния зависят от частот, образцы можно отображать в различных местах на пути распространения до плоскости изображения. [42] который может быть применен к томографической визуализации.

Обработка синтетической апертуры (SA)

[ редактировать ]

Обработка с синтезированной апертурой (SA) отличается от традиционных систем визуализации при сборе данных. В отличие от схемы измерения «точка-точка», в SA используется расходящийся или несфокусированный луч. [43] Фазовая информация, собранная SA, может быть использована для 3D-реконструкции.

Терагерцовая компьютерная томография (КТ)

[ редактировать ]

Терагерцовая компьютерная томография записывает информацию как об амплитуде, так и о фазе спектра по сравнению с рентгеновскими изображениями. Терагерцовая КТ может идентифицировать и сравнивать различные вещества, не разрушая их местоположение.

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Гийе, JP; Рекур, Б.; Фредерик, Л.; Буске, Б.; Каниони, Л.; Манек-Хеннингер, И.; Десбарац, П.; Муне, П. (2014). «Обзор методов терагерцовой томографии». Журнал инфракрасных, миллиметровых и терагерцовых волн . 35 (4): 382–411. Бибкод : 2014JIMTW..35..382G . CiteSeerX   10.1.1.480.4173 . дои : 10.1007/s10762-014-0057-0 . S2CID   120535020 .
  2. ^ Дэниел М. Миттлман, Стефан Хунше, Люк Бойвен и Мартин К. Нусс. (2001). Рентгеновская томография. Оптика Буквы, 22(12)
  3. ^ Катаяма И., Акаи Р., Бито М., Симосато Х., Миямото К., Ито Х. и Асида М. (2010). Сверхширокополосная терагерцевая генерация с использованием монокристаллов тозилата 4-N,N-диметиламино-4'-N'-метилстильбазолия. Письма по прикладной физике, 97 (2), 021105. doi: 10.1063/1.3463452.
  4. ^ Майкл К. Кемп, П. Ф. Тадей, Брайан Э. Коул, Дж. А. Клафф и Уильям Р. Трайб. (2003). Приложения безопасности терагерцовой технологии. Прок Шпи, 5070
  5. ^ Хосина, Х. (2009). Неинвазивный досмотр почты с использованием терагерцового излучения. Отдел новостей SPIE. дои: 10.1117/2.1200902.1505
  6. ^ Эллис, Д.Г., и Кортер, Т.М. (2006). Теоретический анализ терагерцового спектра фугасного тэна. ChemPhysChem, 7(11), 2398–2408. doi: 10.1002/cphc.200600456
  7. ^ Бейкер, К., Ло, Т., Трайб, В.Р., Коул, Б.Е., Хогбин, М.Р., и Кемп, MC (2007). Обнаружение скрытых взрывчатых веществ на расстоянии с использованием терагерцовой технологии. Труды IEEE, 95 (8), 1559–1565. дои: 10.1109/jproc.2007.900329
  8. ^ Кемп, MC (2011). Обнаружение взрывчатых веществ с помощью терагерцовой спектроскопии: мост слишком далеко? Транзакции IEEE по терагерцовой науке и технологиям, 1 (1), 282–292. дои: 10.1109/tthz.2011.2159647
  9. ^ Чжун, Х., Редо-Санчес, А., и Чжан, X.-C. (2006). Идентификация и классификация химических веществ с использованием терагерцовой отражательной спектроскопической системы визуализации в фокальной плоскости. Оптика Экспресс, 14(20), 9130. doi: 10.1364/oe.14.009130
  10. ^ Федеричи Дж. Ф., Щулкин Б., Хуанг Ф., Гэри Д., Барат Р., Оливейра Ф. и Зимдарс Д. (2005). ТГц визуализация и зондирование для приложений безопасности — взрывчатых веществ, оружия и наркотиков. Полупроводниковая наука и технология, 20 (7). дои: 10.1088/0268-1242/20/7/018
  11. ^ Кавасе, К. (2004). Терагерцовая визуализация для обнаружения наркотиков и крупномасштабной проверки интегральных схем. Новости оптики и фотоники, 15(10), 34. doi: 10.1364/opn.15.10.000034
  12. ^ Альнабуда, Миссури, Шубайр, Р.М., Ришани, Н.Р., и Алдаббаг, Г. (2017). Терагерцовая спектроскопия и визуализация для обнаружения и идентификации запрещенных наркотиков. 2017 Сенсорные сети «Умные и новые технологии» (SENSET). дои: 10.1109/senset.2017.8125065
  13. ^ Кавасе К., Огава Ю., Ватанабэ Ю. и Иноуэ Х. (2003). Неразрушающая терагерцовая визуализация запрещенных наркотиков с использованием спектральных отпечатков пальцев. Оптика Экспресс, 11(20), 2549. doi: 10.1364/oe.11.002549
  14. ^ Хагманн, М.Дж., Макбрайд, Б.А., и Хагманн, З.С. (2004). Импульсные и широко перестраиваемые терагерцовые источники для обеспечения безопасности: визуализация и спектроскопия. Терагерц для военных целей и безопасности II. дои: 10.1117/12.540808
  15. ^ Джепсен, П.У., Мёллер, У. и Мербольд, Х. (2007). Исследование водно-спиртовых и сахарных растворов методом отражательной терагерцовой спектроскопии во временной области. Оптика Экспресс, 15(22), 14717. doi: 10.1364/oe.15.014717
  16. ^ Эпплби, Р., и Андертон, Р.Н. (2007). Визуализация в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне для обеспечения безопасности и наблюдения. Труды IEEE, 95 (8), 1683–1690. doi:10.1109/jproc.2007.898832
  17. ^ Гийе, Дж. П., Рекур, Б., Фредерик, Л., Буске, Б., Каниони, Л., Манек-Хеннингер, И.,… Муне, П. (2014). Обзор методов терагерцовой томографии. Журнал инфракрасных, миллиметровых и терагерцовых волн, 35 (4), 382–411. дои: 10.1007/s10762-014-0057-0
  18. ^ Рахани, Э.К., Кунду, Т., Ву, З. и Синь, Х. (2011). Обнаружение механических повреждений полимерных плиток по ТГц излучению. Журнал датчиков IEEE, 11 (8), 1720–1725. дои: 10.1109/jsen.2010.2095457
  19. ^ Мусави П., Харан Ф., Джез Д., Сантоса Ф. и Додж Дж. С. (2009). Одновременное измерение состава и толщины бумаги с использованием терагерцовой спектроскопии во временной области. Прикладная оптика, 48(33), 6541. doi: 10.1364/ao.48.006541.
  20. ^ Нгема Э., Виньерас В., Миан Дж. и Муне П. (2008). Диэлектрические свойства проводящих полианилиновых пленок по данным ТГц спектроскопии во временной области. Европейский журнал полимеров, 44(1), 124–129.doi:10.1016/j.eurpolymj.2007.10.020
  21. ^ Банерджи, Д., Шпигель, В.В., Томсон, доктор медицины, Шабель, С., и Роскос, Х.Г. (2008). Диагностика содержания воды в бумаге по терагерцовому излучению. Оптика Экспресс, 16(12), 9060. doi: 10.1364/oe.16.009060
  22. ^ Парк, Дж.-В., Им, К.-Х., Сюй, Д.К., Юнг, Дж.-А., и Ян, И.-Ю. (2012). Метод терагерцовой спектроскопии влияния ориентации волокон на твердые композитные ламинаты из углепластика. Журнал механических наук и технологий, 26 (7), 2051–2054. дои: 10.1007/s12206-012-0513-5
  23. ^ Кавасе К., Сибуя Т., Хаяши С. и Суизу К. (2010). Методы ТГц визуализации для неразрушающего контроля. Comptes Rendus Physique, 11 (7–8), 510–518. doi: 10.1016/j.crhy.2010.04.003
  24. ^ Хан, С.-Т., Парк, В.К., Ан, Ю.-Х., Ли, В.-Дж., и Чун, Х.С. (2012). Разработка компактного субтерагерцового гиротрона и его применение для получения изображений в режиме реального времени при проверке пищевых продуктов. 2012 37-я Международная конференция по инфракрасным, миллиметровым и терагерцовым волнам. doi: 10.1109/irmmw-thz.2012.6380390
  25. ^ Йорденс, К. (2008). Обнаружение инородных тел в шоколаде с помощью импульсной терагерцовой спектроскопии. Оптотехники, 47(3), 037003. doi: 10.1117/1.2896597
  26. ^ Кинг, доктор медицинских наук, Хаки, П.М., и Кортер, Т.М. (2010). Дискриминация хиральных твердых веществ: терагерцовое спектроскопическое исследование l- и dl-серина. Журнал физической химии А, 114 (8), 2945–2953. дои: 10.1021/jp911863v
  27. ^ Шен, Ю.-К., и Тадай, П.Ф. (2008). Разработка и применение терагерцовой импульсной визуализации для неразрушающего контроля фармацевтических таблеток. Журнал IEEE по избранным темам квантовой электроники, 14 (2), 407–415. doi: 10.1109/jstqe.2007.911309
  28. ^ Адам, AJL, Планкен, PCM, Мелони, С. и Дик, Дж. (2009). Терагерцовое изображение скрытых слоев краски на холсте. 2009 34-я Международная конференция по инфракрасным, миллиметровым и терагерцовым волнам. дои: 10.1109/icimw.2009.5324616
  29. ^ Фукунага К. и Хосако И. (2010). Инновационные методы неинвазивного анализа культурного наследия с использованием терагерцовой технологии. Comptes Rendus Physique, 11 (7–8), 519–526. doi: 10.1016/j.crhy.2010.05.004
  30. ^ Дэниел М. Миттлман, Стефан Хунше, Люк Бойвен и Мартин К. Нусс. (2001). Рентгеновская томография. Оптика Буквы, 22(12)
  31. ^ Чжан, XC, Трехмерная визуализация терагерцовых волн. Философские труды Лондонского королевского общества, Серия а-Математические физические и технические науки, 2004. 362 (1815): стр. 362 (1815): p. 283-298
  32. ^ Гбур Г. и Вольф Э. (2001). Связь между компьютерной томографией и дифракционной томографией. Журнал Оптического общества Америки A, 18(9), 2132. doi: 10.1364/josaa.18.002132.
  33. ^ Фергюсон Б., Ван С., Грей Д., Эббот Д. и Чжан X. (2002). Рентгеновская компьютерная томография. , 27(15), 1312-4
  34. ^ Ван, С., и Чжан, XC. . Импульсная терагерцовая томография. Журнал физики D Прикладная физика, 37 (4), 0-0
  35. ^ Сунагути, Н., Сасаки, Ю., Майкуса, Н., Каваи, М., Юаса, Т. и Отани, К. (2009). ТГц визуализация с разрешением по глубине и томосинтезом. Оптика Экспресс, 17(12), 9558. doi:10.1364/oe.17.009558
  36. ^ СУНАГУЧИ Н., САСАКИ Й., МАИКУСА Н. и др. ТГц визуализация с разрешением по глубине и томосинтезом[J]. Оптика Экспресс, 2009, 17(12): 9558-9570. DOI:10.1364/OE.17.009558
  37. ^ ТАКАЯНАГИ Дж., ДЖИННО Х., ИЧИНО С. и др. Времяпролетная терагерцовая томография высокого разрешения с использованием фемтосекундного волоконного лазера[J]. Оптика Экспресс, 2009, 17(9): 7533-7539. DOI:10.1364/OE.17.007533
  38. ^ Ван, С., и Чжан, XC. . Импульсная терагерцовая томография. Журнал физики D Прикладная физика, 37 (4), 0-0
  39. ^ Ю.Чжан, В.Чжоу, С.Ван, Ю.Цуй и В.Сун. (2008). Терагерцовая цифровая голография. Штамм, 44(5), 380-385
  40. ^ Ли, К., Дин, Ш., Ли, Ю.Д., Сюэ, К., и Ван, К. (2012). Экспериментальные исследования по повышению разрешения в цифровой голографии непрерывного ТГц диапазона. Прикладная физика Б, 107(1), 103–110. дои: 10.1007/s00340-012-4876-
  41. ^ [36] Павловский Э., Энгель Х., Ферстл М., Фюрст В. и Кулов Б. (1993). Двумерная матрица дифракционных микролинз с просветляющим покрытием, изготовленная методом осаждения тонких пленок. Миниатюра и микрооптика: изготовление и системное применение II. дои: 10.1117/12.138880
  42. ^ Карпович, Н., Чжун, Х., Сюй, Дж., Линь, К.-И., Хван, Дж.-С., и Чжан, X.-C. (2005). Неразрушающая визуализация непрерывного излучения субТГц. Терагерцовая и гигагерцовая электроника и фотоника IV. дои: 10.1117/12.590539
  43. ^ Охара Дж. и Гришковски Д. (2004). Квазиоптическая синтетическая терагерцовая визуализация с фазированной решеткой. Журнал Оптического общества Америки B, 21(6), 1178. doi: 10.1364/josab.21.001178.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Terahertz_tomography&oldid=1208937056"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 89ea6079f4eb1c020a269cf4101138bd__1708348620
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/89/bd/89ea6079f4eb1c020a269cf4101138bd.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Terahertz tomography - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)