太赫茲是一種新的、有很多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的輻射源，被評(píng)為“改變未來世界的十大技術(shù)”之一，引起人們的廣泛關(guān)注。其中，太赫茲成像技術(shù)能夠通過物品的透射或反射獲得樣品的信息，進(jìn)而成像，是一項(xiàng)具有巨大應(yīng)用前景的技術(shù)，然而受到技術(shù)條件的限制，對(duì)于太赫茲成像技術(shù)的研究一直處于困境中。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家開始將激光用于研究中，而就在最近，波士頓大學(xué)就成功利用激光開發(fā)出單像素太赫茲成像新方法，極大地突破了研究困局。

與電磁頻譜中其它頻段不同，操縱太赫茲波用于捕獲光波可在其內(nèi)部相互作用的物體或材料的圖像，是極其困難的。波士頓大學(xué)物理學(xué)教授Willie J. Padilla說，現(xiàn)有的大多數(shù)太赫茲成像設(shè)備都采用非常昂貴的技術(shù)，或者需要數(shù)小時(shí)和繁重的手動(dòng)控制，才能產(chǎn)生一個(gè)可用的圖像。

為了開發(fā)出方便且有效的太赫茲成像技術(shù)，Padilla及其同事使用光學(xué)和電子控制，發(fā)明了一種單像素成像技術(shù)，使用編碼孔徑快速且高效地操縱太赫茲波。研究結(jié)果發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)》雜志（doi: 10.1364/OE.21.012507）上。

在所謂的太赫茲頻帶內(nèi)，傳統(tǒng)的電子傳感器和半導(dǎo)體設(shè)備都是無效的。某些系統(tǒng)僅可以捕獲場(chǎng)景中的一小部分，因此，調(diào)諧這些太赫茲波幾乎是無效的。這就激起了人們尋找可以操縱太赫茲波的新型成像技術(shù)的熱情。

克服機(jī)械學(xué)方面的挑戰(zhàn)后，成本和圖像清晰度被視作努力馴服太赫茲頻帶的關(guān)鍵步驟，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)對(duì)這一頻段的成像和傳感有可能促進(jìn)化學(xué)指紋圖譜、皮膚實(shí)時(shí)成像（可用于簡(jiǎn)單的皮膚癌檢測(cè)）、隱藏武器的安全成像等領(lǐng)域的發(fā)展。這一挑戰(zhàn)的核心是開發(fā)出一種可以產(chǎn)生高效掩膜（類似相機(jī)的光圈）的技術(shù)，具備調(diào)諧太赫茲輻射以便在短短幾秒鐘內(nèi)產(chǎn)生清晰圖像的能力。

圖：波士頓大學(xué)研究人員開發(fā)的單像素太赫茲成像新方法，采用一束激光來操控太赫茲波產(chǎn)生新型的太赫茲圖像。(a)成像過程中，太赫茲波穿過物體；(b)接著，轟擊硅半導(dǎo)體，產(chǎn)生有關(guān)如何對(duì)圖像進(jìn)行采樣的特定指令；(c)然后，數(shù)據(jù)繼續(xù)傳遞，以在短短幾秒內(nèi)數(shù)字重建原始物體的圖像。（波士頓大學(xué)Claire M. Watts供圖）

 按照Padilla和研究生David Shrekenhamer和Claire M. Watts的描述，Padilla方法的核心是 “編碼孔徑復(fù)用技術(shù)”，該技術(shù)使用激光束和電子信號(hào)向半導(dǎo)體發(fā)送一組指令，這樣，太赫茲波穿過物體之后，半導(dǎo)體就可以引導(dǎo)物體圖像的再現(xiàn)。

 數(shù)字微鏡裝置使用指令對(duì)激光束進(jìn)行編碼，引導(dǎo)硅掩膜的某些部分發(fā)生反應(yīng)，并允許選定的太赫茲波樣本自由穿過，且與圖像圖案保持一致。研究人員說，光學(xué)指令和半導(dǎo)體反應(yīng)的組合可以形成太赫茲空間光調(diào)制器。寬帶采樣的太赫茲波穿過物體之后，調(diào)制器可以起到傳統(tǒng)相機(jī)中光圈的作用，引導(dǎo)物體完整圖像的數(shù)字重建，物體的完整圖像則來源于穿過物體的寬采樣太赫茲波。

 研究人員說，這種方法可以產(chǎn)生不同分辨率（63~1023像素）的掩膜，圖像采集速度高達(dá)0.5 Hz或約2 s。研究結(jié)果已經(jīng)證實(shí)使用配備單像素探測(cè)器的光控空間光調(diào)制器獲取實(shí)時(shí)、高保真太赫茲圖像的可行性。

 Padilla說：“實(shí)驗(yàn)室中正在做進(jìn)一步的研究，以優(yōu)化太赫茲波的控制，包括使用帶復(fù)雜圖案的超材料操縱太赫茲波以更快、更高效地生成圖像。”

 利用激光開發(fā)出單像素太赫茲成像新方法，這是一項(xiàng)具有重大意義的研究突破，為科學(xué)家更好的研發(fā)和展開對(duì)太赫茲成像技術(shù)打開了一扇嶄新的大門，同時(shí)，它或?qū)�為成像領(lǐng)域帶來新的成像設(shè)備，推動(dòng)著成像領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。