太赫兹波相机可捕捉微观世界的3D图像

拉夫堡大学的科学家首次证明太赫兹波相机可以捕获隐藏在小物体内微观物体的3D图像。

首席研究员Luana Olivieri博士表示，尽管该研究还处于早期阶段，但该团队的最新研究可能“对癌症筛查，安全和材料研究相关的一系列领域产生重大影响”。

这项研究是与Marco Peccianti教授，Luke Peters博士，Juan S. Totero博士和新兴光子学研究中心（EPicX）的专家团队合作进行的，表明太赫兹波可用于定位和识别微观三维空间中的嵌入式物体和特征，例如裂缝和气泡。该研究已发表在ACS Photonics杂志上，并登上今天出版的最新一期杂志的封面。

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分布在整个 3D 立方体中的微观金属物体。金属物体使用太赫兹波相机成像，然后进行的艺术渲染图像。

太赫兹波是电磁频谱中尚未探索的一部分，其频率介于微波和红外光之间。它们具有多种特性，使它们非常有用，例如它们能够穿透不透明物体而不会造成伤害。

然而，太赫兹成像领域的主要问题之一是观察微观物体的能力有限。

Olivieri博士和EPicX团队通过开发一种称为“时间分辨非线性鬼影成像”的独特方法克服了这一限制，该方法结合了一系列先进的检测方法，涉及操纵光并测量它如何随着时间的推移穿过物体。

他们的方法可以更清楚地看到较小的物体，尽管到目前为止，它只被证明适用于2D物体。

在他们最新的研究中，研究人员证明该技术可以通过用太赫兹辐射探测3毫米乘4毫米乘4微米（微米）立方体来捕获微观物体的600D图像。

研究人员的成像技术使他们能够分离和区分来自不同深度的信息，并以非常高的精度创建立方体的详细3D图像 - 使他们能够以以前不可能的方式观察其中物体的化学和物理性质。

Olivieri博士和团队能够看到隐藏在小至60微米的立方体内部的特征，这大约是人类头发的宽度。

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左上：嵌入物体的立方体的摄影图像。弹出图像是一个图形草图，显示了由塑料、糖和 PTFE（一种合成聚合物）制成且嵌入不同深度的物体。右上：显示太赫兹波穿过立方体的 3D 图形草图。下图：太赫兹波相机拍摄的真实图像。图像显示嵌入立方体中的物体在不同深度被检测到。

虽然它看起来不是很小，但通常太赫兹波只能识别大约300微米或更大的物体，这就是太赫兹以前被排除在显微镜之外的原因。

奥利维耶里博士谈到这项研究的重要性时说：“这种新方法之所以能够实现，是因为它使我们能够看到太小或太模糊而无法达到传统方法的东西。阅读光如何穿过物体的故事通常是一项复杂的任务，但通过这个过程，我们可以检索加密的信息，解开多维数据，以揭示微观尺度上的隐藏和'不可见'物体。最重要的是，太赫兹使我们能够看穿可见光不透明的物体并产生3D图像。”

彼得斯博士补充说：“在医学上，太赫兹成像可用于检测和诊断肉眼不可见的皮肤癌。在安全方面，它可以用来扫描人们是否有隐藏的武器或爆炸物，而无需物理拍打或侵入性搜查。在材料科学中，太赫兹成像可用于研究新材料的特性，并识别可能影响其性能的缺陷或杂质。我们的工作使我们能够将这些功能扩展到微观领域。我对社会的潜在利益充满热情。”

EPicX主任Peccianti教授评论说：“这项工作是作为拉夫堡大学新兴光子学研究中心的一部分开发的，该中心的范围是围绕重大技术经济和社会挑战召集关键核心科学家，并通过光子学和太赫兹技术来应对它们。”

相关链接：https://phys.org/news/2023-06-scientists-terahertz-camera-capture-3d.html

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