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高速太赫兹成像系统使用Rydberg原子

01 Apr 2019
太赫兹的形象
绿灯:由太赫兹成像系统透露的PSI形物体。由原子蒸汽发出的光已经使用尼康DSLR相机拍摄。 (礼貌:露克姆大学)

在英国达勒姆大学的研究人员创造了一种使用激光兴奋的室温原子蒸气来将太赫兹辐射转换为可见光的新成像系统。该系统可以使用传统的高速相机快速且有效地获取太赫兹图像,并且新技术可以更容易地开发使用太赫兹辐射的实用技术。

太赫兹辐射位于红外光和微波之间的电磁谱区域。原则上,它对广泛的应用具有很大的承诺,包括安全筛查,医学影像和工业质量控制。然而,在0.1-10THz处产生和检测电磁辐射仍然是持续的挑战。几种竞争技术用于不同的应用,但它们都有缺点 - 这种缺乏实用技术通常被称为“太赫兹差距”。

那么为什么当剩余的电磁频谱可用时,为什么会扰乱太赫兹辐射?达勒姆的 凯文大瀑布 explains, “It’据纸张,塑料和布等许多日常材料的区域是透明的,如X射线,您可以通过X射线进行光学透明的东西。但低能量,辐射是非电离的,因此为生物和医学应用安全–虽然它仍然具有相当高的高分辨率成像的足够短的波长。”

缓慢而吵

已经为Terahertz成像开发了几种技术。一些系统通过扫描到对象的太赫兹光束来使用单像素检测器和积聚图像 - 这是一个缓慢的过程。“有一小频段的焦平面阵列或全场传感器,可以在一次拍摄中拍摄2D图像,” says Weatherill, “可能是本领域的状态是微过血管仪阵列[热传感器]。它们的帧速率限制为约30 Hz,因为灵敏度低,因此您需要长时间收集光子,以便在背景噪声高于看图像。”

大气危险和同事通过用铯蒸汽填充细胞并将三个红外激光聚焦在其上,创造了他们的太赫兹成像系统。每个激光器精确调谐到铯中的三种连续原子过渡中的一个。当连续这三激光激发时,铯原子最终处于高度兴奋的“Rydberg状态”。然后,这种原子可以吸收0.55 thz的光子,其将其放入不同的rydberg状态,该状态在大约微秒之后衰减。该衰减涉及发射绿色光子,然后通过标准光学相机检测。

0.55 ZZ吸收是急剧的共振,并且不会检测到其他频率的太赫兹辐射。因此,与用于收集太赫兹光子的其他技术不同,该技术可以可靠地从广谱热噪声中拾取窄带信号。检测过程也比其他技术更敏感的约100倍。

双色成像

研究人员在每秒高达3000帧的情况下获得了太赫兹图像。他们现在正在优化其设备,并认为原则上,应该可以在帧速率上收集高达1 MHz的数据。它们也热衷于以其他方式扩展研究,例如检测其他太赫兹频率甚至两种色彩太阳能造影。

达勒姆的 露西拖船 says, “I’M也非常热衷于尝试在反射模式下将其设置为,因此我们可以在散装物体表面上寻找缺陷“。

Daniel Mittleman. 美国棕色大学在美国,表示成像系统中最明显的应用在实验室:“像爆炸,冲击波试验,固体的基本物理和快速,极端现象的东西都是你需要那种帧速率的地方,并且任何时候材料都是光学元件的,都可以成为一个有趣的替代方案。”

对于更多商业应用,他预见到创建实用设备的挑战。 “最终,看到他们可以将其包装在物理实验室外面的应用程序,这将是有趣的。如果应用是基本物理学,那么这个问题变得无关紧要。如果他们’重新考虑实验室外的应用,这个问题是相关的,我’不知道如何回答它。”

研究描述了 预印上 arxiv.

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