该系统能够在3 THz带宽内，从时域数据中精确提取太赫兹焦平面阵列输出的幅度和相位响应。通过电子读数技术，可以在164 μs内捕捉到每个时间点的太赫兹焦平面阵列输出，进而实现每秒16帧的时域太赫兹视频捕获。

研究团队利用等离子体纳米天线对不同物体进行成像，如硅基板上的超分辨率蚀刻图案和电池电极的缺陷等，展示了这些纳米天线捕获数据的多光谱特性。这一技术突破消除了对光栅扫描和空间太赫兹调制的依赖，使得太赫兹焦平面阵列的成像速度相比于目前最先进的太赫兹成像仪提高了1000倍以上。

深度学习提升图像分辨率

为了进一步提升捕获图像的清晰度，团队采用了经过深度学习训练的卷积神经网络增强图像分辨率，并实现像素级超分辨率（PSR）。与焦平面阵列的物理像素尺寸相比，PSR增强的太赫兹焦平面阵列提高了最终图像重建的空间分辨率和有效像素数。

该深度学习驱动的太赫兹成像系统，通过利用成像物体中检测到的光谱分量的振幅和相位信息，实现了在每个横向方向上空间分辨率的四倍提升，进而将焦平面阵列的空间带宽积增加了16倍，每个重建图像包含超过1000个像素。此外，太赫兹焦平面阵列还能够量化小至10 μm的亚波长材料厚度变化，平均厚度测量精度约为1 μm。为了展示太赫兹焦平面阵列多光谱功能的重要性，研究团队还将其PSR框架在多光谱输入数据和单频输入数据下的性能进行了对比。

研究人员开发了6个专门的图像重建深度神经网络，这些神经网络在0.50、0.75、1、1.25、1.60和2 THz的单个频率下处理太赫兹焦平面阵列捕获的幅度和相位信息。虽然单频系统能够在一定程度上重建出输入对象的图像，但与太赫兹焦平面阵列在多光谱PSR环境下所获得的清晰图像相比，这些重建图像存在明显的伪影和失真问题。

该技术的高速采集能力不仅限于空间和时间信息，还包括光谱、振幅和相位数据，为多种应用场景提供了新的可能性，如重建多层结构的三维图像和进行化学成分鉴定。此外，该系统还能与衍射光网络相结合，进而用于特征检测和物体分类，在无损生物医疗成像、安全检测、药物、工业和农产品质量控制，以及文化遗产的保护等领域有诸多潜在应用。

为了展示太赫兹成像技术在原理，技术以及应用方面的新进展，特整理《激光与光电子学进展 》于2023年刊发的“太赫兹波前获取与调控 ”专题文章供读者参阅，涵盖太赫兹成像的新原理新方法、太赫兹成像技术的应用、太赫兹成像数据处理分析方法太赫兹波前调控等方面的研究成果。

1. 高时空分辨太赫兹扫描隧道显微镜近场成像发展（封面文章）

作者：李洪波，徐靖银，魏文寅，李恩恩，张凯，李鸿，吴一戎，王天武，方广有

第一单位：中国科学院空天信息创新研究院

2. 基于物理增强神经网络的连续太赫兹波同轴数字全息成像（封底文章）

作者：赵洁，金晓宇，王大勇，戎路，王云新，林述锋

第一单位：北京工业大学

3. 新型光控砷化镓/侧边抛磨太赫兹光纤调制器（内封面文章）

作者：徐成，韩鑫洋，骆震阳，杨铁锋，孔德鹏，陈立均，吴岱，李鹏，徐利民，吴衡，卢惠辉，陈哲，关贺元

第一单位：暨南大学

4. 太赫兹成像技术及其应用

作者：王与烨，李海滨，葛梅兰，徐德刚，姚建铨

第一单位：天津大学

5. 从远场到近场：太赫兹超表面波前调控

作者：张莹，巴灵丽，阳权龙，韩家广

第一单位：云南师范大学

6. 太赫兹单像素成像及其动态掩模材料的研究进展

作者：黄婉霞，陈晓晓，路学光

第一单位：四川大学

7. 半导体基全光太赫兹空间调制器研究进展

作者：何雨莲，文岐业

第一单位：电子科技大学

8. 柔性介质金属膜太赫兹波导的传输特性与应用

作者：赵本磊，裴鑫，蒋佳辰，何猛辉，朱晓松，石艺尉

第一单位：复旦大学

9. 太赫兹功能器件表面增透膜研究进展

作者：史佳琦，曹俊诚

第一单位：中国科学院上海微系统与信息技术研究所

10. 太赫兹超表面中的连续域束缚态

作者：史金辉，李伟妍，万顺，王亦渊，秦春花，李增霖，朱正，李玉祥，关春颖

第一单位：哈尔滨工程大学

11. 太赫兹混频器技术研究进展

作者：周健，尤立星，彭炜，王镇

第一单位：中国科学院上海微系统与信息技术研究所

12. 用于被动太赫兹成像检测的多极化图像评估

作者：程亚运，田迅，王楠楠，祁嘉然，邱景辉

第一单位：哈尔滨工业大学

13. 太赫兹自混合干涉成像景深扩展技术

作者：蔡家轩，解研，于洋，王迎新，陈猛，赵自然，白鹏，杨宁，楚卫东

第一单位：北京应用物理与计算数学研究所

14. 基于稀疏表示的太赫兹时域光谱分层检测算法

作者：刘猛，李腾，刘旭东，孙怡雯

第一单位：深圳大学

15. 基于光谱编码的太赫兹光谱测量新方法

作者：陈猛，赵自然，刘睿丰，王迎新

第一单位：危爆物品探测技术国家工程研究中心

16. 基于会聚太赫兹光场纵向分量的物质琼斯矩阵测量技术

作者：刘耘妃，王新柯，孙文峰，张岩

第一单位：首都师范大学

17. 基于硅基MXene膜层阻抗可调性的太赫兹波反射调控

作者：王道远，高成喆，黄婉霞，孟坤，施奇武

第一单位：四川大学

18. 基于渐变折射率的太赫兹人工表面等离激元片上透镜特性

作者：苏晓强，张亚伟，邓富胜，许全，韩家广

第一单位：山西大同大学

19. 基于柔性基底的双层J型可拉伸手性太赫兹超表面

作者：陈玉婷，梁馨元，钟昊天，黄巍，银珊

第一单位：桂林电子科技大学

20. 基于超构表面的太赫兹广角反射器

作者：陈薇竹，张翠玲，邵麟杰，何敬锁，张岩

第一单位：首都师范大学

21. 杂化连续域内束缚态中的环形偶极子

作者：丛龙庆，许桂珍

第一单位：南方科技大学

22. 可产生任意偏振方向太赫兹波的光电导太赫兹辐射源

作者：施卫，金枝，张磊，侯磊，杨

第一单位：西安理工大学

23. 自驱动拓扑半金属NiTe2太赫兹探测器

作者：赖志鸿，许永姜，徐滩滩，刘远，沈云，邓晓华

第一单位：南昌大学

原文链接：

https://www.photonics.com/Articles/Deep_Learning-Driven_Terahertz_System_Captures/p5/a69669

科学编辑 | 佚名

编辑 | 徐睿

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