太赫兹波远程探测的最新研究进展
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第52卷 第3期 激光与红外Vol.52,No.3 2022年3月 LASER & INFRAREDMarch,2022 文章编号:1001 5078(2022)03 0307 07·综述与评论·太赫兹目标特征研究进展韩建龙1,赵 寰2,邱桂花1,潘士兵1,张瑞蓉1,刘玉凤1,王 雯1(1 山东非金属材料研究所,山东济南250031;2 陆装南京军代局济南军代室,山东济南250031)摘 要:伴随着太赫兹雷达技术的快速发展,有关太赫兹目标特性的研究得到国内外学者的重视,并成为近几年的一个重要研究领域。
本文综述并分析了太赫兹目标特性的国内外最新研究进展,包括光滑和粗糙表面简单散射体的太赫兹特征、复杂形状目标缩比模型的太赫兹ISAR成像、缩比模型的太赫兹RCS测量的研究进展,为太赫兹雷达系统设计、目标识别以及隐身目标设计等研究工作提供基础。
关键词:太赫兹;目标特征;散射体;ISAR成像;RCS测量中图分类号:O436 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1001 5078.2022.03.001ResearchprogressoftargetcharacteristicsinterahertzbandHANJian long1,ZHAOHuan2,QIUGui hua1,PANShi bing1,ZHANGRui rong1,LIUYu feng1,WANGWen1(1 CNGCInstitute53,Ji′nan250031,China;2 Ji′nanMilitaryRepresentativeOfficeofArmyEquipmentDepartment,Ji′nan250031,China)Abstract:Accompaniedbytherapidgrowthoftheterahertzradar,manyglobalscholarspaymoreattentiontotheresearchonterahertztargetcharacteristics,whichhasbecomeanimportantresearchareainrecentyears.Inthispaper,thelatestresearchprogressofonthecharacteristicsofterahertztargetsathomeandabroadisreviewedandanalyzed,includingtheterahertzcharacteristicofthesimplescatterswiththesmoothandroughsurface,theISARimagingofthescaledmodelswithcomplexshape,andtheterahertzofthescaledmodels.Theworkofthispapermayoffersomerefer enceandgistforresearchonterahertzradardesign,targetrecognitionandterahertzstealthtargetdesign.Keywords:terahertz;targetcharacteristics;scatters;ISARimaging;RCSmeasurement作者简介:韩建龙(1986-),男,高级工程师,从事太赫兹,红外等光学材料的设计与制备研究。
太赫兹成像检测算法研究太赫兹成像技术是一种新兴的无损检测技术,主要用于材料缺陷检测、安全检查、医疗成像等领域。
太赫兹波域的成像系统由发射和接收两个部分组成,通过发射器将太赫兹波辐射到被测物体表面,被测物体发射的信号经过接收器采集后,通过算法进行成像处理,得到被测物体的图像信息。
本文将介绍太赫兹成像检测算法相关研究进展。
一、频域成像算法频域成像算法通常是通过傅里叶变换将时域的信号转换为频域信号,再对信号进行处理。
在太赫兹波成像中,频域算法可以对成像效果进行优化,提高成像精度。
目前主要的频域成像算法包括反演算法、极化成像算法和光学实现成像等。
反演算法是太赫兹成像的一种重要算法,其核心思想是根据入射太赫兹波与被测物体的相互作用机理,建立被测物体的反演模型,从而重建出被测物体图像。
反演算法主要包括基于模型的反演算法和基于数据的反演算法。
基于模型的反演算法通常是通过建立被测物体的参数化模型,将太赫兹波传播过程的物理公式代入模型,利用数值计算方法求解反演问题。
基于数据的反演算法则是通过将采集到的信号数据作为反演问题的输入量,通过优化算法求解反演问题,得到被测物体的图像信息。
反演算法在太赫兹成像中具有很高的应用价值,但其在算法求解的过程中需要进行较多的数值计算,计算量较大。
极化成像算法是通过分析太赫兹波的极化信息进行图像处理。
太赫兹波的极化状态是由物体反射、传输和吸收等因素影响的,不同的物体极化状态也是不同的,因此极化成像可以更准确地反映物体的特征。
目前,太赫兹极化成像主要采用相位解调技术和微弱信号提取技术进行成像处理。
光学实现成像主要是通过调制太赫兹波的振幅和相位,通过光学成像器件将太赫兹波转换为可见光,从而实现太赫兹波的成像功能。
目前光学实现成像技术已经被广泛应用于太赫兹波成像领域,具有较好的成像效果和成像速度。
太赫兹时域成像技术通常是通过将太赫兹波在被测物体中的传播时间作为成像参数进行图像处理。
与频域成像算法不同,时域成像算法不需要进行数值计算,其算法流程简单,成像速度快速。
太赫兹技术的研究与应用太赫兹波是介于微波和红外线之间的电磁波,频率范围在0.1 THz到10 THz之间。
近年来,随着太赫兹技术的逐渐成熟和应用领域的逐步拓展,太赫兹技术受到了广泛的关注和研究。
本文将从太赫兹技术的基本原理入手,介绍太赫兹技术的研究和应用现状,并探讨太赫兹技术未来的发展前景。
一、太赫兹技术的基本原理太赫兹波的频率介于光子和电子之间,具有独特的物理性质。
太赫兹光谱的信号在物质中的吸收率、折射率、反射率等方面有很强的特异性。
因此,太赫兹技术已成为化学、生物学、医学、犯罪学等领域的热点研究方向。
太赫兹波与物质的相互作用主要包括以下三个方面:1、吸收带太赫兹光的匹配振动频率与大分子的振动频率相应,从而被大分子吸收。
另外,太赫兹光也被固体、气体、液体等物质吸收,可以用来检测各种不同种类的物质。
2、折射率与反射率太赫兹波在物质中传播时的折射率与反射率不同,可以用来确定物质的结构、含量和形态等信息。
3、透射特性太赫兹光能够透过生物组织和医疗设备,对人体进行不同层次的探测和诊断。
同时,也可以用来探测物体的内部结构和特性。
二、太赫兹技术的应用领域(一)生物医学领域太赫兹技术在生物医学领域的应用如潮水般涌现。
研究太赫兹谱成为一种新的生物技术手段,实现了对生物分子的无损分析。
太赫兹光也提示作为肿瘤早期诊断的一种新的可能性。
近期研究表明,太赫兹技术有望开发出适用于人体组织的照射系统,从而实现更深层次的诊断。
(二)材料科学领域太赫兹技术的另一个细分领域是材料科学。
太赫兹光谱可以在无需对试样进行处理的情况下,检测激光材料和纳米材料的特性。
太赫兹技术也可用于无损检测,检测并且修补不可见的材料损伤。
(三)安全检测领域太赫兹技术的应用还涉及到安全检测领域。
太赫兹波可用于扫描行李、车辆和人员,对于能量低并且不危及人身安全的物品可以实现安全快输的扫描。
另外,太赫兹技术也可以用于炸药探测。
三、太赫兹技术的未来发展前景太赫兹技术的未来发展受限于许多因素。
太赫兹技术在无损检测领域的应用研究近年来,随着工业制造技术的不断发展,对于高精度、高质量的无损检测需求也不断提高。
而作为一种新兴的无损检测技术,太赫兹技术因其高分辨率、高灵敏度等优点,逐渐成为人们重视的研究领域。
本文将深入探讨太赫兹技术在无损检测领域的应用研究,并探究未来其在该领域的发展前景。
一、太赫兹技术在无损检测的优点太赫兹技术是在红外和微波之间的一段电磁波谱,其频率范围为0.1 ~ 10THz,相对应的波长在1 ~ 0.03mm之间。
相比于其他无损检测技术,太赫兹技术具有以下优点:1. 非破坏性:太赫兹波是一种非离子辐射,对于被检测物体没有破坏作用,能够实现真正的无损检测。
2. 高精度:太赫兹技术具有非常高的分辨率和探测灵敏度,可以对微小缺陷进行有效探测。
3. 易于操控:太赫兹技术可以通过多种方式进行操控和调节,便于针对不同的被测物进行检测。
以上三个优点,使得太赫兹技术在无损检测领域中得到了广泛的应用。
二、太赫兹技术在无损检测领域的应用研究1. 材料检测:太赫兹技术可以用于对材料体积、形貌、密度、尺寸以及物理和化学特性等方面的检测。
在材料微结构、防伪、质量控制等方面有着广泛的应用。
2. 表面缺陷检测:太赫兹技术可检测金属表面缺陷,如裂纹、孔洞等。
太赫兹波可通过金属表面反射、散射和透射等方式,发现物料内部缺陷。
3. 生物医学检测:太赫兹技术可应用于生物医学检测,如癌症预测等。
通过扫描人体表面,太赫兹波可以获取人体内部组织结构和变化,从而实现无创检测。
4. 电力设备诊断:太赫兹技术可应用于电力设备智能化诊断,如变压器、断路器、互感器等。
通过检测设备内部绝缘的水分、氧化程度等参数问题,可以预测设备的寿命和损坏程度。
以上四个应用领域,展示了太赫兹技术在无损检测方面的灵敏度和高效性。
太赫兹技术在实际应用中,可以准确、快速的检测出被检测物体内部的各种缺陷。
三、太赫兹技术在无损检测领域的发展前景太赫兹技术作为新兴的无损检测技术,近年来发展较为快速。
太赫兹波技术在安全检测中的应用研究太赫兹波技术是一种新兴的光电子技术,其波长位于毫米波和红外线之间。
与其他电磁波相比,太赫兹波具有较高的穿透力和较低的散射能力,能够在物体内部非侵入式探测,并且可以同时获得物体的形态、组成和运动等信息。
因此太赫兹技术在安全检测领域中有着广泛的应用前景。
在生物医学应用方面,太赫兹波能够探测人体内部组织的物理和化学特性,诊断医疗领域是太赫兹波技术的一大应用方向。
在食品安全检测方面,太赫兹技术具有识别物质成分、检测食品质量和控制食品安全等重要作用。
例如,太赫兹波可以快速检测水果、蔬菜中的化学残留物、在不损伤食品品质的前提下,对垃圾与实心食品进行分离,减少人工分拣及污染的风险。
在环境监测中,太赫兹技术广泛应用于大气、水、土地等方面的质量检测。
太赫兹波在安全检测中的应用非常广泛,其中一种是在无损检测领域的应用。
太赫兹波具有高精度、高灵敏度等优点,可以对物体进行精准的表面检测,例如表面裂纹、无纺布层次等。
在材料领域中,太赫兹技术可以用来检测和评估材料的物理和机械性能。
太赫兹反射二项式法等技术都有广泛应用,用于对金属焊点、可溶性缺陷、涂层堆积、嵌入异物等一系列问题进行检测和分析,发现和预测问题,有助于材料的质量和控制。
在安全检测中,太赫兹技术还应用于药品和烟草产品的检测。
例如,通过太赫兹技术可以对药品的物理性质进行检测,并检测其内部组分和配制方法。
同时,太赫兹技术也可以用于烟草产品和饮料中的成分分析和检测。
此外,太赫兹技术还可以应用于配合紧急救援、药品快速检测、生物、化工及核工业的安全检测等应用场合。
总的来说,太赫兹波技术在安全检测中的应用十分广泛,并具有非常重要的作用。
随着太赫兹技术的完善和发展,其应用场景也将更加广泛,对于人类社会的安全和生命健康有着重大的贡献。
同时,对于太赫兹技术的发展,也需要相关技术人员不断探索和创新,加强学术交流和开展深入研究,为太赫兹技术的应用和发展贡献更多的力量。
太赫兹科学技术的新发展一、本文概述随着科技的飞速发展,太赫兹科学技术已成为一个备受瞩目的新兴领域。
太赫兹波,位于微波与红外线之间,具有独特的物理和化学性质,使得其在众多领域,如通信、生物医学、安全检查等,展现出广阔的应用前景。
本文旨在全面概述太赫兹科学技术的最新发展,探讨其基础原理、技术挑战和应用前景,以期为推动该领域的发展提供参考和启示。
我们将简要介绍太赫兹波的基本概念和特性,阐述其在不同领域的应用价值和潜力。
随后,我们将重点回顾近年来太赫兹科学技术在基础理论、关键技术和实际应用方面所取得的重大突破和进展。
在此基础上,我们将讨论当前太赫兹科学技术所面临的挑战和问题,并探讨可能的解决方案和发展方向。
我们将展望太赫兹科学技术的未来发展趋势,预测其在不同领域的应用前景,并探讨如何进一步推动该领域的发展。
通过本文的阐述,我们希望能够为读者提供一个全面、深入的太赫兹科学技术发展新视角,促进该领域的学术交流和技术创新,推动太赫兹科学技术在各个领域的应用和发展。
二、太赫兹波产生与检测技术的发展随着科学技术的飞速发展,太赫兹波(Terahertz, THz)产生与检测技术已成为当前研究的热点领域。
太赫兹波位于微波与红外线之间,具有独特的物理和化学性质,因此在通信、生物医学、安全检查等领域具有广泛的应用前景。
近年来,太赫兹波产生与检测技术的发展取得了显著的进步,为太赫兹科学技术的应用提供了有力支持。
在太赫兹波产生方面,研究者们不断探索新的方法和技术。
目前,已经发展出了多种产生太赫兹波的方法,如光电导天线、光整流、差频产生等。
其中,光电导天线是最常用的方法之一,它通过将超短激光脉冲照射在光电导材料上,产生瞬态电流并辐射出太赫兹波。
随着激光技术和光电导材料的发展,光电导天线产生的太赫兹波功率和频率范围得到了显著提高。
在太赫兹波检测方面,研究者们同样取得了重要进展。
目前,已经有多种太赫兹波检测技术被开发出来,如光电导采样、相干探测、热释电探测等。
太赫兹波的产生及探测方法综述太赫兹波是指波长在0.1-10毫米之间的电磁波。
太赫兹波具有许多独特的特性和广泛的应用前景,因此研究太赫兹波的产生和探测方法成为了热门的研究领域。
本综述将对太赫兹波的产生和探测方法进行全面的介绍。
太赫兹波的产生主要有光电效应、非线性光学效应和热效应等方法。
其中,光电效应是太赫兹波产生的主要方法之一、光电效应是指在材料中光的作用下,电子从价带跃迁到导带产生的自由载流子。
当光照射到半导体材料上时,光子的能量大于带隙能量时,会激发束缚态电子跃迁到导带形成自由载流子,产生太赫兹波。
非线性光学效应也可以用于太赫兹波的产生。
非线性光学效应是指在高强度激光照射下,光与物质之间的相互作用呈现非线性关系。
当高强度的激光束照射到介质上时,光与介质之间会发生非线性的相互作用,导致太赫兹波的产生。
非线性光学效应产生的太赫兹波强度高,频率可调。
除了光电效应和非线性光学效应,热效应也可以用于产生太赫兹波。
热效应产生的太赫兹波是由物质的热扩散引起的,其原理是当被激发的物质发生热传导过程时,会产生短暂的局部温度变化,这种短暂的温度变化会产生太赫兹辐射。
太赫兹波的探测方法多样,主要包括光电探测器、热电探测器、激光诱导电偶极振荡探测器和局域场增强探测器等。
光电探测器是最常用的探测器之一,其基本原理是当太赫兹波照射到探测器上时,探测器会产生电信号,通过测量电信号的强度和波形,可以确定太赫兹波的强度和频率等参数。
热电探测器是另一种常用的太赫兹波探测器,其原理是利用太赫兹波的热效应,在热敏元件中产生电势差,从而测量太赫兹波的强度。
热电探测器具有灵敏度高、响应速度快的特点。
激光诱导电偶极振荡探测器是一种基于非线性光学效应的太赫兹波探测器,其原理是将太赫兹波转化为电偶极振荡信号。
通过测量电偶极振荡信号的频率和强度,可以确定太赫兹波的参数。
局域场增强探测器是一种基于纳米结构的太赫兹波探测器,其原理是利用纳米结构中的局域场增强效应,增强太赫兹波与探测器之间的相互作用,提高探测灵敏度。
太赫兹波无损检测技术在工业应用中的研究随着科技的发展,无损检测技术在工业领域中发挥着越来越重要的作用。
其中,太赫兹波无损检测技术在近年来得到了广泛的研究和应用。
该技术具有非接触、不破坏、高分辨率等优点,可以实现对物体内部结构和材料性能的快速、准确检测。
本文将从太赫兹波无损检测技术的原理、发展历程以及在工业领域中的应用等方面进行探讨。
一、太赫兹波无损检测技术的原理太赫兹波是一种处于电磁波谱中介于微波和红外线之间的电磁波。
其频率范围为0.1THz~10THz,波长范围为0.03mm~3mm。
太赫兹波能够穿透多种非金属材料,在物体内部形成与物体结构、形状以及物质成分相关的反射和透射现象,因此可以用于对物体内部结构的非破坏性检测。
太赫兹波无损检测技术是一种用太赫兹波进行材料性能检测的技术。
太赫兹波无损检测技术的原理基于太赫兹波的透射、吸收和反射等特性。
通过对太赫兹波传播路径和特性的分析,可以确定太赫兹波穿过被测物体后所接收到的信号的幅值和相位。
这些信号包含了物体内部各部分的信息,可以用于对物体进行成像和检测。
因此,太赫兹波无损检测技术可以广泛应用于材料测试、医学成像、安全检测等方面。
二、太赫兹波无损检测技术的发展历程太赫兹波的研究和应用可以追溯到20世纪60年代,当时,研究人员首次在实验室中观察到了太赫兹波,并对其进行了一些基础性的研究。
随着太赫兹波研究的深入,人们逐渐发现了太赫兹波在各个领域中的应用潜力。
近年来,太赫兹波无损检测技术得到了广泛的关注和研究。
研究人员通过对太赫兹波技术的研究和开发,逐渐提高了其成像能力和分辨率。
同时,相关技术的不断完善也为太赫兹波无损检测技术在实际应用中的推广奠定了基础。
三、太赫兹波无损检测技术在工业领域中的应用太赫兹波无损检测技术在工业领域中的应用主要集中在两个方面:材料检测和成像检测。
材料检测方面,太赫兹波无损检测技术被广泛应用于金属、塑料、纤维、陶瓷和电子材料等多种材料的物理性能测试。
太赫兹波在生物医学领域的研究应用太赫兹波是一种介于微波和红外线之间的电磁辐射波段,它的频率范围为0.1~10THz。
由于其具有较强的穿透能力和非侵入性,很早就引起了生物医学研究领域的关注和重视。
随着技术的不断进步和生物医学领域对太赫兹波应用需求的不断增加,太赫兹波的研究应用得到了广泛的拓展和深入的发展,涵盖了诸如肿瘤检测、神经损伤诊断、药物筛选等众多领域。
太赫兹波在肿瘤检测方面的应用太赫兹波在肿瘤检测方面的应用备受关注。
它可以经过组织和跨越细胞膜,对癌细胞和正常细胞产生有意义的代谢变化。
基于这种特性,许多研究者开始在太赫兹波能量范围内进行癌症检测。
2016年,一项研究报告显示太赫兹波可用于直接探测乳腺癌,研究人员使用提高了10倍的太赫兹波辐射源,成功地检测到乳腺癌中不同浓度的生物标记物。
在肝癌检测方面,同样有很多研究进展。
个别研究表明,借助太赫兹波可以更好地区分肝癌和良性肿瘤,以及正常肝脏组织与肝癌组织之间的区别。
太赫兹波在神经损伤诊断方面的应用神经系统损伤往往是不可逆转的。
因此,及早发现神经损伤非常重要。
太赫兹波对于探测神经损伤也表现出了很好的潜力。
2015年,一项研究发现,太赫兹波可以帮助我们了解神经病理学变化,从而促进神经疾病的诊断和治疗。
另一个研究证实,太赫兹波有助于揭示大脑收集信息的方式,并有望应用于阿尔兹海默病等神经系统性疾病的诊断和治疗。
太赫兹波在药物筛选方面的应用药物筛选是一个耗时费力的工作,但却是发现有效药物的关键步骤。
太赫兹波在药物筛选方面的应用也开始得到越来越多的认可和应用。
2014年,一项研究表明,太赫兹波技术可以通过评估分子振动状态来判断不同药物分子的相互作用机制,并代表了一种新的药物筛选方法。
太赫兹波对医学研究和临床应用的影响随着太赫兹波技术的进步和发展,越来越多的研究表明它可以成为一种有前景的医学技术和临床工具。
例如,一些专家认为,太赫兹波可以用来监测和诊断人类眼底疾病,如青光眼和黄斑变性。
• 64•太赫兹科学技术研究进展及其发展趋势重庆邮电大学光电工程学院 何镓均引言:近年来,太赫兹技术由于其重要的理论研究价值和广泛的应用前景而在科学界引起了广泛的关注。
随着电子科学技术的进步,太赫兹波技术取得了突破性进展,太赫兹技术的应用研究也迅速扩展到越来越多的领域。
本文就太赫兹相关概念、研究进展及其发展趋势进行了简要介绍。
1.揭开太赫兹神秘的面纱电磁波、震动波、γ射线、X 射线… 想必这些光波的名字对许多人来说并不陌生,那么太赫兹波呢?它是现如今人类了解得最少、开发得最少的一个波段,但它却有着不可衡量的价值。
2004年,美国将太赫兹评为“改变未来世界的十大技术”之一;2005年,日本将其列为国家支柱的十大战略目标之首,并积极地研发,太赫兹也是本世纪最重要的新兴学科之一。
那么,太赫兹波究竟是什么呢?实际上,太赫兹波是0.1-10THz 之间的电磁波,其波段处于微波和红外波之间。
随着科学技术的进步,太赫兹波技术取得了突破性进展,太赫兹技术在医学诊断,天文学,物体成像,通信,雷达探测等诸多领域都显示出其巨大的科学价值和实用前景(Rainsford T J,Mickan S P,Abbott D.T-ray sensing applications: review of global developments. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering,2005.)。
由于太赫兹波具有很强的穿透性,良好的定向性以及带宽高等特点,且太赫兹释放的能量极小,是完全非电离的,不会对人体产生有害的光致电离(光致电离是光子与原子或者分子相互作用形成离子的物理过程,该过程要求光子的能量大于或等于原子电离能量),也不会破坏物质。
因此相比于现有的光波射线来说,太赫兹更具优势。
图1 太赫兹频谱位置2.太赫兹技术的初步应用诸如美国、日本以及欧洲的一些发达国家,都在积极开展太赫兹技术的科研工作,并且在一些方面取得了重大进展,近几年,我国科研界也在高度关注太赫兹技术,同时也已经创建起十几个太赫兹研究中心。