科學(xué)家證明太赫茲波相機(jī)可以捕捉微觀世界的三維圖像

分布在三維立方體中的微小金屬物體。使用太赫茲波相機(jī)對(duì)金屬物體進(jìn)行成像，然后與藝術(shù)化的渲染圖像相結(jié)合。資料來源：拉夫堡大學(xué)

拉夫堡大學(xué)的科學(xué)家們首次證明，太赫茲波相機(jī)可以捕捉到隱藏在小物體內(nèi)的微觀物品的三維圖像。

首席研究員Luana Olivieri博士說，盡管研究處于早期階段，但該團(tuán)隊(duì)的最新研究可能 "對(duì)癌癥篩查、安全和材料研究等一系列相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響"。

這項(xiàng)研究是與Marco Peccianti教授、Luke Peters博士、Juan S. Totero博士以及Emergent Photonics研究中心（EPicX）的一個(gè)專家團(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行的，它證明了太赫茲波可以用來定位和識(shí)別微觀三維空間中的嵌入物體和特征，如裂縫和氣泡。這項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表在ACS Photonics雜志上，并被刊登在今天（6月21日）出版的最新一期雜志的封面上。

太赫茲波是電磁波譜中一個(gè)尚未開發(fā)的巨大部分，其頻率介于微波和紅外光之間。它們有幾個(gè)特性，使它們非常有用，例如它們能夠穿透不透明的物體而不造成傷害。

然而，太赫茲成像領(lǐng)域的主要問題之一是查看微觀物體的能力有限。

奧利維里博士和EPicX團(tuán)隊(duì)通過開發(fā)一種被稱為 "時(shí)間分辨非線性幽靈成像 "的獨(dú)特方法克服了這一限制，該方法結(jié)合了一系列先進(jìn)的檢測(cè)方法，涉及操縱光并測(cè)量它如何隨時(shí)間穿過一個(gè)物體。

他們的方法允許更小的物體被看得更清楚，盡管直到現(xiàn)在，它只被證明對(duì)二維物體有效。

在他們的最新研究中，研究人員通過用太赫茲輻射探測(cè)4毫米乘4毫米乘600μm（微米）的立方體，證明了該技術(shù)可以捕獲微觀物品的三維圖像。

研究人員的成像技術(shù)使他們能夠分離和區(qū)分來自不同深度的信息，并以非常高的精度創(chuàng)建立方體的詳細(xì)三維圖像--使他們能夠以一種以前不可能的方式觀察其內(nèi)部物品的化學(xué)和物理性質(zhì)。

奧利維里博士和團(tuán)隊(duì)能夠看到隱藏在立方體內(nèi)部的特征，小到60微米，這大約是人類頭發(fā)的寬度。

左上圖： 嵌入物體的立方體的攝影圖像。彈出的圖像是一個(gè)圖形草圖，顯示了嵌入不同深度的塑料、糖和PTFE（一種合成聚合物）制成的物體。右上方： 顯示太赫茲波穿過立方體的三維圖形草圖。底部： 太赫茲波相機(jī)拍攝的真實(shí)圖像。這些圖像顯示嵌入立方體的物體在不同深度被檢測(cè)到。資料來源：拉夫堡大學(xué)

雖然看起來不是非常小，但通常太赫茲波只能識(shí)別300微米左右或更大的物體，這也是太赫茲以前被排除在顯微鏡之外的原因。

"這種新方法是有利的，因?yàn)樗刮覀兡軌蚩吹侥切┨』蛱：臇|西，而不是傳統(tǒng)方法所能達(dá)到的，"奧利維里博士談到這項(xiàng)研究的重要性時(shí)說。

"閱讀光是如何穿過一個(gè)物體的故事通常是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，但是通過這個(gè)過程，我們可以檢索到加密的信息，解開多維數(shù)據(jù)，揭開微觀尺度上隱藏和'看不見'的物體。

"最重要的是，太赫茲使我們能夠看穿那些用可見光不透明的物體，并產(chǎn)生三維圖像。"

彼得斯博士補(bǔ)充說："在醫(yī)學(xué)上，太赫茲成像可用于檢測(cè)和診斷肉眼不可見的皮膚癌。

"在安全方面，它可以用來掃描人們是否有隱藏的武器或爆炸物，而不需要進(jìn)行身體檢查或侵入性搜查。

"而在材料科學(xué)方面，太赫茲成像可用于研究新材料的特性，并識(shí)別可能影響其性能的缺陷或雜質(zhì)。

"我們的工作使我們能夠?qū)⑦@些能力擴(kuò)展到微觀領(lǐng)域。我對(duì)社會(huì)的潛在利益充滿熱情"。

EPicX主任Peccianti教授評(píng)論說："這項(xiàng)工作是作為拉夫堡大學(xué)新興光子學(xué)研究中心的一部分而開展的，該中心的范圍是圍繞重大的技術(shù)-經(jīng)濟(jì)和社會(huì)挑戰(zhàn)組建一個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)家核心，并通過光子學(xué)和太赫茲技術(shù)來解決這些問題。"