Sussex研究团队的物理学家们研发出第一台能够利用太赫兹（THz）辐射捕捉固体内部高分辨率图像的非线性相机。
太赫兹辐射穿过抽象物体的艺术渲染图
英国萨塞克斯大学（University of Sussex）的这项研究突破由Emergent Photonics（EPic）Lab的Marco Peccianti教授所领导，研究团队成员有Luana Olivieri、Juan S. Totero Gongora博士和研究生团队。
据Sussex研究团队称，利用太赫兹辐射生成的图像被称为“高光谱”，这是由于这种图像由像素组成，而每个像素都包含该点所对应物体的电磁特征。太赫兹辐射位于电磁波谱中微波与红外线之间，像X射线一样能穿透纸、衣服和塑料等材料，且不会造成伤害。因此太赫兹辐射用于生物样本检测是安全的，太赫兹成像使观察物体的分子组成并区分不同材料成为可能。
“太赫兹相机的核心挑战并非收集图像，而是保存物体的光谱指纹，这些光谱指纹很容易被相关技术破坏。”Peccianti教授在一份声明中表示，“这就是体现我们成果重要性的所在。图像中所有的光谱指纹细节均可以保存，这样我们就可以详细地研究所拍摄物体的性质。”
Sussex团队的研究人员使用单像素相机，利用太赫兹光图案对样本物体进行成像。他们打造的太赫兹相机原型可以探测物体如何改变太赫兹光的不同图案。并将这些信息与每个原始图案的形状相结合，这样太赫兹相机就能揭示出该物体的图像及其化学成分。
叶片的高光谱成像过程。时间分辨的非线性鬼影成像相机使用非线性晶体将标准激光转换为太赫兹图案，从而实现利用单个太赫兹像素重建复杂样本。
基于单像素探测和多模式照明的鬼影成像，是难以探测波谱区域的关键研究工具。在太赫兹波谱中，高分辨率成像通常难以获得，鬼影成像则成为嵌入时间维度的最佳方法，由此原理打造出“太赫兹高光谱成像仪”。
太赫兹辐射源非常微弱，高光谱成像迄今为止保真度有限。为了克服这个问题，Sussex研究团队将标准激光照射到一种独特的非线性材料上，这种材料能将可见光转化为太赫兹波。从而让该原型相机在非常接近样品的地方产生太赫兹波，这与显微镜工作原理类似。由于太赫兹波可直接穿透物体而不影响物体本身，因此所产生的图像能在三维空间揭示物体的形状和组成。
时间分辨的图像重建：逆推法
“这是技术重大进步，因为我们已经证明，以往在理论研究中探索的所有可能性不仅是可行的，而且我们的太赫兹相机证明了它们比预期的还优秀。”Totero Gongora博士解释道，“在制造该相机过程中，我们发现了几种优化成像过程的方法，目前这项技术已经很稳定并且效果显著。”
Gongora表示，其研究团队下一阶段研究将加速图像重建过程，并逐渐将太赫兹相机应用于现实世界，如机场安检、智能汽车传感器、制造中的质量控制以及检测皮肤癌等健康问题的扫描仪等。
该研究成果已于2020年2月20日发表于OSA Optica，题目为“Hyperspectral terahertz microscopy via nonlinear ghost imaging”，论文地址：https://doi.org/10.1364/OPTICA.381035。
