太赫茲成像專利技術綜述

鄭義智

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州 510000）

太赫茲成像專利技術綜述

鄭義智

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州 510000）

本文對太赫茲成像技術的專利申請情況進行了分析，并對改進太赫茲脈沖時域光譜成像系統成像速度的中國專利技術進行了介紹。

太赫茲；成像；時域；成像速度

1　技術背景

太赫茲（Terahertz，THz）波通常是指頻率為0.1THz-10THz （1THz=1012Hz）的電磁波，其波段在微波和紅外光之間，屬于遠紅外波段。早在20世紀初期，科學家就對太赫茲波產生了濃厚的興趣，但由于缺乏有效的產生和檢測方法，人們對該波段電磁輻射性質的了解很少，以至于該波段被稱為電磁波譜上最后一塊未開發的前沿。近年來，固態振蕩器和自由電子激光器的發展為太赫茲脈沖的產生提供了穩定可靠的激發光源，同時基于超快激光技術發展出來的太赫茲時域光譜系統也為太赫茲波的研究提供了有效的手段，因此，對太赫茲波的研究在20世紀末取得了很大的進展，并已成為21世紀科學研究最前沿的領域之一。

太赫茲波的高頻率使其具有很高的空間分辨率，且太赫茲波成像相對于可見光和X射線具有非常強的互補特征，特別適合于可見光不能透過，而X射線成像的對比度又不夠的場合，因此太赫茲成像技術在環境監測、醫療診斷、無損探傷、安全檢測等方面具有重大的應用前景。由于太赫茲波的光子能量遠低于X射線，可實現對人體或物品的無損成像，美國國防部投入了大量的資金研究太赫茲成像陣列技術，并期望將其應用在反恐或安檢中。另外，貝爾實驗室也已經成功應用太赫茲掃描成像技術實現IC芯片中的金屬引線成像檢測［1］。

2　專利申請情況分析

在SIPOABS和DWPI專利數據庫中對太赫茲波成像系統的專利申請進行統計分析。從申請國別上來說，專利申請量最多的國家為美國，中國位居第二，接下來是日本。從申請人上而言，中國計量學院的專利申請數目遙遙領先，且中國計量學院和首都師范大學均對太赫茲成像技術開展了深入的研究。

但是需要注意的是，中國的申請人主要集中在高校或科研機構，專利技術離實際應用仍有一段距離。反觀美國的申請人，除了有New Jersey Tech Inst（高校）外，更有像Lucent Technology和IMRA America這樣的企業；英國則有專門從事太赫茲成像系統生產的Teraview；而日本的佳能和尼康公司也具有一定數目的專利申請。因此，在太赫茲成像技術實際應用領域，歐美和日本仍處于領先的水平。

3　專利文獻分析［2-6］

對專利申請量最大的企業Teraview進行專利申請追蹤，不難發現，無論是利用太赫茲成像系統實現產品檢測，還是對太赫茲成像系統的改進，基于的均是太赫茲脈沖時域光譜成像系統。一方面說明太赫茲脈沖時域光譜成像系統發展成熟，可較為廣泛的應用在實際檢測中；另一方面，也說明了太赫茲成像系統處于發展階段，仍有許多問題亟需解決。

既然太赫茲脈沖時域光譜成像系統有較為廣泛的應用，自然會出現對該系統進行改良的發明創造，以克服其缺點，使其具有更優秀的應用效果。太赫茲脈沖時域光譜成像系統最大的缺點就是成像速度慢。

對于成像速度慢的缺點，中國科學院西安光學精密機械研究所提供了一種太赫茲脈沖快速成像的數據獲取方法。該方法通過盡量減少光學延遲線的移動，對待測的成像數據在最大幅值和最小幅值處進行選擇性獲取。由于舍棄了大量對成像最終結果無關的其它信息數據的采集，因此可以大幅提高了太赫茲脈沖成像數據獲取的速度。利用本方法可以極大地縮短太赫茲脈沖成像的時間，為太赫茲脈沖成像技術在實際應用的推廣創造了可行性。

中國科學院光電技術研究所本發明公開了一種利用頻率光梳實現太赫茲快速成像的太赫茲時域光譜系統，該系統利用周期結構的透射特性，把不同結構單元復合到同一區域內，得到透射峰疊加的透射譜，疊加后的透射譜將在頻譜上形成頻率光梳。成像光梳的透射特性與周期結構的空間排列位置有關，利用這一相關性，可以使用大光斑太赫茲光束入射到成像光梳和待測物體上，使用點探測收集透射信號。經過數據處理提取出待測物體的透射特征空間分布信息，實現快速成像。

中國科學院上海微系統與信息技術研究所提供了一種基于太赫茲量子器件的透射成像裝置及其對應的成像方法。該裝置使用太赫茲量子阱探測器作為信號探測器，可有效提高系統的成像速度和成像質量。

首都師范大學提供了一種太赫茲波成像系統，通過采用幀掃平面鏡在一個小角度范圍內擺動實現對被測目標的大范圍的二維多列掃描，從而提高掃描成像速度。

4　結語

太赫茲成像系統具有良好的應用前景，全球范圍內許多企業、科研機構均已投入大量人力、物力，以期取得關鍵的技術突破。從專利申請情況來看，國內企業申請量偏少，需要進一步創新；而國內高校和科研機構需要增強與企業的合作，爭取將其專利技術產業化，以期獲得技術優勢。

［1］ 楊昆，太赫茲時域光譜成像的研究［D］，首都師范大學，2009。

［2］ Shen Yaochun et al.，A method and apparatus for analysing an LCD，GB，GB2445957A［P］，2008。

［3］ 范文慧 等，太赫茲脈沖快速成像的數據獲取方法，CN，CN102297848A［P］，2011。

［4］ 熊偉 等，利用頻率光梳實現太赫茲快速成像的太赫茲時域光譜系統，CN，CN102980857A［P］，2013。

［5］ 譚智勇 等，基于太赫茲量子器件的透射成像裝置及成像方法，CN，CN102445420A［P］，2012。

［6］ 鄧朝 等，一種太赫茲波成像系統，CN，CN102681023A［P］，2012。

O359

A

1003-5168（2015）11-083-01

鄭義智（1987.12-）男，碩士，專利審查員，研究方向：光譜成像。