太赫兹成像专利技术综述

郑义智

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510000）

太赫兹成像专利技术综述

郑义智

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510000）

本文对太赫兹成像技术的专利申请情况进行了分析，并对改进太赫兹脉冲时域光谱成像系统成像速度的中国专利技术进行了介绍。

太赫兹；成像；时域；成像速度

1　技术背景

太赫兹（Terahertz，THz）波通常是指频率为0.1THz-10THz （1THz=1012Hz）的电磁波，其波段在微波和红外光之间，属于远红外波段。早在20世纪初期，科学家就对太赫兹波产生了浓厚的兴趣，但由于缺乏有效的产生和检测方法，人们对该波段电磁辐射性质的了解很少，以至于该波段被称为电磁波谱上最后一块未开发的前沿。近年来，固态振荡器和自由电子激光器的发展为太赫兹脉冲的产生提供了稳定可靠的激发光源，同时基于超快激光技术发展出来的太赫兹时域光谱系统也为太赫兹波的研究提供了有效的手段，因此，对太赫兹波的研究在20世纪末取得了很大的进展，并已成为21世纪科学研究最前沿的领域之一。

太赫兹波的高频率使其具有很高的空间分辨率，且太赫兹波成像相对于可见光和X射线具有非常强的互补特征，特别适合于可见光不能透过，而X射线成像的对比度又不够的场合，因此太赫兹成像技术在环境监测、医疗诊断、无损探伤、安全检测等方面具有重大的应用前景。由于太赫兹波的光子能量远低于X射线，可实现对人体或物品的无损成像，美国国防部投入了大量的资金研究太赫兹成像阵列技术，并期望将其应用在反恐或安检中。另外，贝尔实验室也已经成功应用太赫兹扫描成像技术实现IC芯片中的金属引线成像检测［1］。

2　专利申请情况分析

在SIPOABS和DWPI专利数据库中对太赫兹波成像系统的专利申请进行统计分析。从申请国别上来说，专利申请量最多的国家为美国，中国位居第二，接下来是日本。从申请人上而言，中国计量学院的专利申请数目遥遥领先，且中国计量学院和首都师范大学均对太赫兹成像技术开展了深入的研究。

但是需要注意的是，中国的申请人主要集中在高校或科研机构，专利技术离实际应用仍有一段距离。反观美国的申请人，除了有New Jersey Tech Inst（高校）外，更有像Lucent Technology和IMRA America这样的企业；英国则有专门从事太赫兹成像系统生产的Teraview；而日本的佳能和尼康公司也具有一定数目的专利申请。因此，在太赫兹成像技术实际应用领域，欧美和日本仍处于领先的水平。

3　专利文献分析［2-6］

对专利申请量最大的企业Teraview进行专利申请追踪，不难发现，无论是利用太赫兹成像系统实现产品检测，还是对太赫兹成像系统的改进，基于的均是太赫兹脉冲时域光谱成像系统。一方面说明太赫兹脉冲时域光谱成像系统发展成熟，可较为广泛的应用在实际检测中；另一方面，也说明了太赫兹成像系统处于发展阶段，仍有许多问题亟需解决。

既然太赫兹脉冲时域光谱成像系统有较为广泛的应用，自然会出现对该系统进行改良的发明创造，以克服其缺点，使其具有更优秀的应用效果。太赫兹脉冲时域光谱成像系统最大的缺点就是成像速度慢。

对于成像速度慢的缺点，中国科学院西安光学精密机械研究所提供了一种太赫兹脉冲快速成像的数据获取方法。该方法通过尽量减少光学延迟线的移动，对待测的成像数据在最大幅值和最小幅值处进行选择性获取。由于舍弃了大量对成像最终结果无关的其它信息数据的采集，因此可以大幅提高了太赫兹脉冲成像数据获取的速度。利用本方法可以极大地缩短太赫兹脉冲成像的时间，为太赫兹脉冲成像技术在实际应用的推广创造了可行性。

中国科学院光电技术研究所本发明公开了一种利用频率光梳实现太赫兹快速成像的太赫兹时域光谱系统，该系统利用周期结构的透射特性，把不同结构单元复合到同一区域内，得到透射峰叠加的透射谱，叠加后的透射谱将在频谱上形成频率光梳。成像光梳的透射特性与周期结构的空间排列位置有关，利用这一相关性，可以使用大光斑太赫兹光束入射到成像光梳和待测物体上，使用点探测收集透射信号。经过数据处理提取出待测物体的透射特征空间分布信息，实现快速成像。

中国科学院上海微系统与信息技术研究所提供了一种基于太赫兹量子器件的透射成像装置及其对应的成像方法。该装置使用太赫兹量子阱探测器作为信号探测器，可有效提高系统的成像速度和成像质量。

首都师范大学提供了一种太赫兹波成像系统，通过采用帧扫平面镜在一个小角度范围内摆动实现对被测目标的大范围的二维多列扫描，从而提高扫描成像速度。

4　结语

太赫兹成像系统具有良好的应用前景，全球范围内许多企业、科研机构均已投入大量人力、物力，以期取得关键的技术突破。从专利申请情况来看，国内企业申请量偏少，需要进一步创新；而国内高校和科研机构需要增强与企业的合作，争取将其专利技术产业化，以期获得技术优势。

［1］ 杨昆，太赫兹时域光谱成像的研究［D］，首都师范大学，2009。

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

［3］ 范文慧 等，太赫兹脉冲快速成像的数据获取方法，CN，CN102297848A［P］，2011。

［4］ 熊伟 等，利用频率光梳实现太赫兹快速成像的太赫兹时域光谱系统，CN，CN102980857A［P］，2013。

［5］ 谭智勇 等，基于太赫兹量子器件的透射成像装置及成像方法，CN，CN102445420A［P］，2012。

［6］ 邓朝 等，一种太赫兹波成像系统，CN，CN102681023A［P］，2012。

O359

A

1003-5168（2015）11-083-01

郑义智（1987.12-）男，硕士，专利审查员，研究方向：光谱成像。