量子微波测量技术（英国萨塞克斯大学）

导读近日，英国萨塞克斯大学的物理学家团队采用单像素相机与太赫兹波设计出一种技术方案，未来有望开发成可检测爆炸物的机场扫描仪，今天小编就来说说关于量子微波测量技术?下面更多详细答案一起来看看吧!

量子微波测量技术

导读

近日，英国萨塞克斯大学的物理学家团队采用单像素相机与太赫兹波设计出一种技术方案，未来有望开发成可检测爆炸物的机场扫描仪。

背景

太赫兹波，是指频率范围在 100GHz 到 10THz 之间，波长介于微波和红外线之间的电磁波，它对于人眼来说不可见。

（图片来源：维基百科）

太赫兹技术，是广受世界各国重视的前沿科技领域之一。太赫兹波与X光以及声波一样，能穿透物体表面成像。此外，太赫兹波的频率很高，所以其空间分辨率也很高；脉冲很短（皮秒量级）所以时间分辨率也很高。太赫兹技术可应用于成像、存储、通信、安全、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学、无损检测等多个领域。

安全检测，是太赫兹技术的一个重要应用场景。太赫兹波比可见光的波长更长，可以轻易地穿透一些普通材料，例如纸张、衣服和塑料，让人们看到物体与包装的内部。

太赫兹安检成像示意图（图片来源于网络）

太赫兹辐射会引起来自生物样本的不同响应，让研究人员可以区分可见光几乎无法区分的材料。不同化学物质能不同程度地吸收不同频率的太赫兹辐射，表现出独特的频率特征。此外，太赫兹波还可以区分墨水和白纸，而X光却做不到。

（图片来源：Barmak Heshmat）

创新

近日，英国萨塞克斯大学的物理学家团队采用单像素相机与太赫兹波设计出一种技术方案，未来有望开发成可检测爆炸物的机场扫描仪。

Marco Peccianti 教授以及 Alessia Pasquazi 博士所领导的新兴光子学实验室的实验光子学研究员 Juan Sebastian Totero Gongora 博士与博士生 Luana Olivieri 研究出一种创新方案，采用能工作在太赫兹（THz）频率下的特殊“单点”相机，不仅能高精度地捕捉物体的外表形状，还可以检测物体的化学成分。

尽管他们现阶段的工作大部分都是理论上的，但是他们引入了一种称为“非线性鬼影成像（Nonlinear Ghost Imaging）”的新成像理念，可以捕捉比之前的研究更详细的图像，从而使得他们的研究刊登在科学期刊《ACS Photonics》的头版上。

（图片来源：ACS Photonics）

技术

Juan Sebastian Totero Gongora 博士表示：“我们的方案制造出一种新型图像，这与你之前通过标准的单像素相机获得的图像完全不同，它提供了更多关于物体的信息。相比于之前的单像素图像，我们证明了我们的分辨率固有地更高。”

科学家相信，在爆炸物检测、医疗诊断、制造或者食品安全方面的质量控制等关键应用开发方面，太赫兹波具有非常巨大的潜力。然而，挑战在于：开发值得信赖的低成本摄像头，以及识别比这个波长更小的物体的能力。

但是，与该领域之前的研究所采用的方案不同，新兴光子实验室的团队找到了一条战胜这些局限性的途径。

之前的研究是通过一种颜色、多种图案的激光照亮物体并提取图像，而现在研究人员是通过包含一系列颜色频谱的太赫兹光图案照射物体。

（图片来源：参考资料【2】）

单像素相机（不同于商业街上售卖的含有多像素的标准相机）能捕捉物体反射的每种图案的光线。在团队的研究中，他们发现摄像头可以检测物体反射的光脉冲是如何随着时间而改变的（尽管太赫兹脉冲是非常短的事件）。将这个信息与现有图案形状相结合，可以揭示出物体的外形与本质。

这项技术将通过聚焦不同的元素，然后融合相关信息，模仿大脑发展视觉认知的方法。

价值

Marco Peccianti 表示：“这正是一个显著的发展，我们真正高兴的是，《ACS Photonics》决定将我们的研究作为其封面。之前的太赫兹单像素相机方案，不能保留物体的完整信息，但是我们理解到问题的所在之处，并找到一条提取更完整图像的途径。我们希望与我们的系统相似的系统应用于真实世界，例如生物学、医学和安全方面，只需一步就可以判断物体的化学成分以及空间分布。”

对于现有的技术来说，团队的成果是一个了不起的提升，可以产生远远超越太赫兹相机领域的巨大影响。

例如，他们的技术可用于设计其他频率范围内的高分辨率相机，然后它可以变成碰撞传感器、身体扫描仪或者无人驾驶汽车超高速雷达的一部分。

关键字

太赫兹、相机、安全

参考资料

【1】http://www.sussex.ac.uk/news/all?id=45793

【2】http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.8b00653