科学家证明太赫兹波相机可以捕捉微观世界的三维图像

分布在三维立方体中的微小金属物体。使用太赫兹波相机对金属物体进行成像，然后与艺术化的渲染图像相结合。资料来源：拉夫堡大学

拉夫堡大学的科学家们首次证明，太赫兹波相机可以捕捉到隐藏在小物体内的微观物品的三维图像。

首席研究员Luana Olivieri博士说，尽管研究处于早期阶段，但该团队的最新研究可能 "对癌症筛查、安全和材料研究等一系列相关领域产生重大影响"。

这项研究是与Marco Peccianti教授、Luke Peters博士、Juan S. Totero博士以及Emergent Photonics研究中心（EPicX）的一个专家团队合作进行的，它证明了太赫兹波可以用来定位和识别微观三维空间中的嵌入物体和特征，如裂缝和气泡。这项研究已经发表在ACS Photonics杂志上，并被刊登在今天（6月21日）出版的最新一期杂志的封面上。

太赫兹波是电磁波谱中一个尚未开发的巨大部分，其频率介于微波和红外光之间。它们有几个特性，使它们非常有用，例如它们能够穿透不透明的物体而不造成伤害。

然而，太赫兹成像领域的主要问题之一是查看微观物体的能力有限。

奥利维里博士和EPicX团队通过开发一种被称为 "时间分辨非线性幽灵成像 "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时间穿过一个物体。

他们的方法允许更小的物体被看得更清楚，尽管直到现在，它只被证明对二维物体有效。

在他们的最新研究中，研究人员通过用太赫兹辐射探测4毫米乘4毫米乘600µm（微米）的立方体，证明了该技术可以捕获微观物品的三维图像。

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三维图像--使他们能够以一种以前不可能的方式观察其内部物品的化学和物理性质。

奥利维里博士和团队能够看到隐藏在立方体内部的特征，小到60微米，这大约是人类头发的宽度。

左上图： 嵌入物体的立方体的摄影图像。弹出的图像是一个图形草图，显示了嵌入不同深度的塑料、糖和PTFE（一种合成聚合物）制成的物体。右上方： 显示太赫兹波穿过立方体的三维图形草图。底部： 太赫兹波相机拍摄的真实图像。这些图像显示嵌入立方体的物体在不同深度被检测到。资料来源：拉夫堡大学
虽然看起来不是非常小，但通常太赫兹波只能识别300微米左右或更大的物体，这也是太赫兹以前被排除在显微镜之外的原因。

"这种新方法是有利的，因为它使我们能够看到那些太小或太模糊的东西，而不是传统方法所能达到的，"奥利维里博士谈到这项研究的重要性时说。

"阅读光是如何穿过一个物体的故事通常是一项复杂的任务，但是通过这个过程，我们可以检索到加密的信息，解开多维数据，揭开微观尺度上隐藏和'看不见'的物体。

"最重要的是，太赫兹使我们能够看穿那些用可见光不透明的物体，并产生三维图像。"

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，而不需要进行身体检查或侵入性搜查。

"而在材料科学方面，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能力扩展到微观领域。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而开展的，该中心的范围是围绕重大的技术-经济和社会挑战组建一个关键的科学家核心，并通过光子学和太赫兹技术来解决这些问题。"