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太赫兹长距离无衍射波束的产生与成像应用

太赫兹长距离无衍射波束的产生与成像应用

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作者：吴巧华中科技大学

学位级别：硕士

太赫兹波具有较多独特的性质,其对非金属物质的高透过性和低能量特性使其适用于成像与无损检测。针对传统成像系统中高斯波束在非焦点处所成的像出现清晰度不均匀的现象,通过引入无衍射波束的方法,可以使成像系统具有更长的焦深,即成像... 详细信息

太赫兹波具有较多独特的性质,其对非金属物质的高透过性和低能量特性使其适用于成像与无损检测。针对传统成像系统中高斯波束在非焦点处所成的像出现清晰度不均匀的现象,通过引入无衍射波束的方法,可以使成像系统具有更长的焦深,即成像清晰度在长距离内保持一致。本文结合太赫兹波与结构化波束两种技术,以单轴棱锥产生贝塞尔波束的理论为基础,结合太赫兹技术在成像检测领域的优势,研究了长距离太赫兹无衍射波束的产生及其成像应用。研究过程兼顾理论推导、数值仿真与实验测试,成功通过轴棱锥-透镜-轴棱锥的结构产生了长达1000 mm的太赫兹贝塞尔波束,且具有一定投送距离;并将贝塞尔波束引入成像系统进行实际应用,进行二维透反射成像与三维层析成像。全文主要工作为:(1)长距离太赫兹贝塞尔波束的产生。介绍了太赫兹贝塞尔波束产生的背景与理论基础,针对单一轴棱锥产生贝塞尔波束的若干不足之处,提出使用轴棱锥-透镜-轴棱锥的组合结构来产生贝塞尔波束。并基于该结构进行理论推导,使用Matlab和FDTD solutions软件对实验结构进行仿真计算,最后通过3D打印技术制备轴棱锥进行实验测试。实验成功产生了长距离太赫兹贝塞尔波束,相较于传统方法的产生结果,该波束不仅无衍射距离更长,并具有一定的投送距离,与仿真结果吻合。(2)搭建基于太赫兹贝塞尔波束的透反射成像系统。在太赫兹主动成像系统中引入贝塞尔波束代替传统的聚焦高斯波束,分别搭建透射与反射成像系统;使用电路设计软件设计制造金属分辨率板,以此作为被检测样品进行成像实验。两组成像系统实现了对样品金属分辨率板的二维成像,并在一段距离内都保持较为一致的成像效果。(3)搭建基于太赫兹贝塞尔波束的ct系统。搭建了传统的4 f系统构成的ct系统,在此基础上,将用于聚焦波束至样品上的聚焦透镜更换为轴棱锥,构成太赫兹贝塞尔ct系统,进行三维成像的研究。以金属支杆、卷轴油画布、卷轴3D打印竹简等作为样品,验证了ct系统的功能性。并结合Matlab算法,实现了对样品的三维重构,初步解决了样品信息提取的问题。全文工作以太赫兹贝塞尔波束为核心,进行了其产生技术的研究与成像技术的应用研究。结果证明,采用轴棱锥-透镜-轴棱锥的组合结构可以产生符合预期的长距离太赫兹波束,并且引入成像系统后能够实现大焦深的探测与成像。太赫兹贝塞尔波束为无损探测与成像提供了有效的方法,为进一步研究大景深成像等课题打下基础。

关键词：太赫兹技术结构化波束太赫兹成像连续太赫兹波成像系统太赫兹CT系统无损检测卷轴展开

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字画类艺术品的太赫兹成像研究

字画类艺术品的太赫兹成像研究

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作者：马雪华中科技大学

学位级别：硕士

本文针对由于年代久远而产生了破损需要修复的油画作品以及特殊结构的卷轴画作品,结合实际艺术作品的保护和修复工作的需要,从太赫兹成像的原理出发,利用三种不同的太赫兹成像仪器,根据不同成像仪器和待测样品的特点,对不同的自制样品... 详细信息

本文针对由于年代久远而产生了破损需要修复的油画作品以及特殊结构的卷轴画作品,结合实际艺术作品的保护和修复工作的需要,从太赫兹成像的原理出发,利用三种不同的太赫兹成像仪器,根据不同成像仪器和待测样品的特点,对不同的自制样品和实际油画作品进行了测试和分析,主要核心工作为:(1)太赫兹时域光谱系统。利用太赫兹时域光谱系统适用于高精度测量的特点,自主制作了油画颜料压片样品、小幅油画样品进行了测量,得到了不同颜色的油画颜料的详细太赫兹谱信息,为后续测量实际油画作品取得了数据支持。同时,利用该系统对小幅油画进行了成像实验,但由于该系统测量时间长,针对大幅油画,选用连续太赫兹波成像系统。(2)连续太赫兹波成像系统。利用调频连续波原理的SynView系统对法国波尔多博物馆馆藏的古油画作品进行了检测,验证了古油画的成功修复,无损检测出了古油画的内部缺损。(3)太赫兹CT系统。采用太赫兹CT系统对卷轴油画样品进行测试,用Matlab软件将数据重建,在不打开卷轴样品的前提下得到了样品内侧的字母信息,实现了立体数据从三维到二维的展开。然后进一步对卷轴竹简进行了测试。结果表明,太赫兹成像应用于艺术品研究,对平面的油画作品,可以无损检测出其内部破损和底层素描信息,对卷轴型的油画作品,可以利用数学分析在无损检测的前提下将卷轴画进行展开,得到其内部信息。为古艺术作品的保护和修复工作提供了有效的科学方法。

关键词：太赫兹太赫兹成像太赫兹时域光谱系统连续太赫兹波成像系统太赫兹CT系统文物检测

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