鬼影像，基於(yu) 單個(ge) 像素的探測和多模式照明，是一個(ge) 針對難以到達的波長範圍的比較關(guan) 鍵的研究手段。在太赫茲(zi) 所占據的區域，此時高分辨率的圖像在大多數情況下是不易獲得的，鬼圖像是一個(ge) 優(you) 化的選擇，可以植入到時間維度，創造出一個(ge) 高光譜的圖像。在這一框架中，高分辨率比較容易實現。因此，這在發展實際的影像觀察的時候就非常重要。在這裏，來自瑟賽克斯大學的研究人員為(wei) 大家展示了時間分辨率的非線性鬼圖像，這是一種基於(yu) 近場，光——太赫茲(zi) 的非線性轉換技術和探測照明模式。研究人員展示了空間——時間耦合效應時如何影響近場時間占據主導的圖像，並且研究人員發展了一個(ge) 完整的辦法來克服基礎係統構建的問題。研究人員的理論——實驗平台使得高可靠性的亞(ya) 波長影像和攜帶相關(guan) 的限製在非線性生成晶體(ti) 厚度方麵得到了解決(jue) 。這一工作使得構建複雜樣品在使用常規固定時間的手段難以獲得高光譜影像建立了嚴(yan) 格的框架。

太赫茲(zi) 場傳(chuan) 輸後窺見不可見物體(ti) 的藝術構圖

This is an artistic rendering of the terahertz field transmitted by an abstract object. Credit: University of Sussex

Terahertz camera uses laser light patterns to ‘see inside’ objects — Terahertz imaging can reveal tiny hidden features of living things.太赫茲(zi) 相機使用激光來看見物體(ti) 的內(nei) 部細節——太赫茲(zi) 影像可以揭示活體(ti) 內(nei) 部的隱藏的微小的細節問題。

來自瑟賽克斯大學（University of Sussex ）的物理學家團隊成功的發展了第一個(ge) 非線性相機，該相機可以利用太赫茲(zi) 輻射捕獲固態物體(ti) 內(nei) 部的高分辨特征。

時間分辨率的非線性鬼照相技術的原理圖

在新興(xing) 光子學實驗室的教授 Marco Peccianti的領導下， Luana Olivieri, Dr. Juan S. Totero Gongora和一個(ge) 研究生團隊構建了一個(ge) 新型的太赫茲(zi) 相機，該相機可以捕獲探測THz電磁波，且探測的精度達到前所未有的精度。

TNGI 測量的概念性描述圖

采用THz發射所獲得圖像稱之為(wei) 超光譜，這是因為(wei) 這些圖像是由像素(組成屏幕圖像的最小獨立元素)所組成的，每一個(ge) 像素包含目標物體(ti) 相應點的電磁信號。

THz 波位於(yu) 微波和紅外波之間的電磁波，THz的發射比較容易的就可以穿透諸如紙張，衣服，塑料等，其穿透形式同X射線一樣，在穿透的時候不會(hui) 對物體(ti) 產(chan) 生破壞。該THz在使用的時候是比較安全的，即使是對比較敏感的生物學樣品也是安全無害的。THz圖像使得我們(men) 可以非常容易的觀察目標物體(ti) 的分子成分和區分出不同的材料——諸如區分糖和可卡因。

時間分辨率非線性鬼照相相機使用非線性的晶體(ti) 來將標準的激光轉換成THz的模式，使得采用單個(ge) 的THz像素構建成複雜的物體(ti)

在解釋這一最新研究成果的重要性的時候， Peccianti教授認為(wei) ：THz相機所麵臨(lin) 的最大挑戰在於(yu) 並不是收集圖像，而在於(yu) 保留目標物體(ti) 的指紋，而指紋的保留在使用其他技術的時候非常容易受到損壞。這就是我們(men) 的技術所取得的成就的關(guan) 鍵所在。影像的所有細節的指紋信息會(hui) 被這一方式所保留，由此我們(men) 可以對物體(ti) 進行更加完全詳細的調查研究。

直到今天，可以捕獲高光譜影像能力的相機可以保留THz發射所揭示的精細的襲擊，這在以前是不可能的。

新型光子學實驗室的團隊使用一個(ge) 單像素的相機，利用THz光的模式來對物體(ti) 進行影像。他們(men) 構建的原型可以探測出目標物體(ti) 在THz光的不同模式下是如何變化的。通過綜合每一原始模式形狀的這一信息，相機可以揭示出目標物體(ti) 的圖像以及其化學成分。

THz發射源一般來說比較脆弱，而且高光譜圖像，直到今天，屬於(yu) 有限保真度。為(wei) 了克服這一弊端，薩塞克斯大學的研究團隊將一束標準的激光照射到一個(ge) 獨特的非線性材料中，該材料可以將可見光轉換成THz。這一原型相機製造出的THz電磁波非常接近樣品，有點同顯微鏡工作的時候相類似。當THz波可以穿透物體(ti) 且不會(hui) 對物體(ti) 產(chan) 生影響，獲得的圖像就可以揭示目標物體(ti) 的3D形狀和三維的成分分布。

Totero Gongora博士認為(wei) ：目前的這一研究成果是一大進展，這是因為(wei) 我們(men) 所研究的成果展示了我們(men) 早先的理論研究所探索的可能性，不僅(jin) 是可行的，而且我們(men) 的工作甚至比以前所預期的還要好。在構建我們(men) 的裝置的時候，我們(men) 發現了幾個(ge) 不同的途徑來優(you) 化圖像的過程，現在這一技術比較穩定和工作可靠。下一步我們(men) 的研究將聚焦在加速圖像的構建過程和進一步的使用THz相機來在真實世界中盡快得到應用，諸如機場的安檢，智能汽車所用的傳(chuan) 感，製造工藝過程中的質量監控，以及健康問題，諸如皮膚癌的掃描探測。

這一研究成果發表在期刊《Optica》上。

文章來源： “Hyperspectral terahertz microscopy via nonlinear ghost-imaging” by Luana Olivieri, Juan S. Totero Gongora, Luke Peters, Vittorio Cecconi, Antonio Cutrona, Jacob Tunesi, Robyn Tucker, Alessia Pasquazi and Marco Peccianti, 19 February 2020, Optica.

DOI: 10.1364/OPTICA.381035以及University of Sussex

Ref：Cite this: ACS Photonics 2018, 5, 8, 3379–3388，Publication Date:July 3, 2018，Time-Resolved Nonlinear Ghost Imaging，