鬼影像，基于单个像素的探测和多模式照明，是一个针对难以到达的波长范围的比较关键的研究手段。在太赫兹所占据的区域，此时高分辨率的图像在大多数情况下是不易获得的，鬼图像是一个优化的选择，可以植入到时间维度，创造出一个高光谱的图像。在这一框架中，高分辨率比较容易实现。因此，这在发展实际的影像观察的时候就非常重要。在这里，来自瑟赛克斯大学的研究人员为大家展示了时间分辨率的非线性鬼图像，这是一种基于近场，光——太赫兹的非线性转换技术和探测照明模式。研究人员展示了空间——时间耦合效应时如何影响近场时间占据主导的图像，并且研究人员发展了一个完整的办法来克服基础系统构建的问题。研究人员的理论——实验平台使得高可靠性的亚波长影像和携带相关的限制在非线性生成晶体厚度方面得到了解决。这一工作使得构建复杂样品在使用常规固定时间的手段难以获得高光谱影像建立了严格的框架。

太赫兹场传输后窥见不可见物体的艺术构图

This is an artistic rendering of the terahertz field transmitted by an abstract object. Credit: University of Sussex

Terahertz camera uses laser light patterns to ‘see inside’ objects — Terahertz imaging can reveal tiny hidden features of living things.太赫兹相机使用激光来看见物体的内部细节——太赫兹影像可以揭示活体内部的隐藏的微小的细节问题。

来自瑟赛克斯大学（University of Sussex ）的物理学家团队成功的发展了第一个非线性相机，该相机可以利用太赫兹辐射捕获固态物体内部的高分辨特征。

时间分辨率的非线性鬼照相技术的原理图

在新兴光子学实验室的教授 Marco Peccianti的领导下， Luana Olivieri, Dr. Juan S. Totero Gongora和一个研究生团队构建了一个新型的太赫兹相机，该相机可以捕获探测THz电磁波，且探测的精度达到前所未有的精度。

TNGI 测量的概念性描述图

采用THz发射所获得图像称之为超光谱，这是因为这些图像是由像素(组成屏幕图像的最小独立元素)所组成的，每一个像素包含目标物体相应点的电磁信号。

THz 波位于微波和红外波之间的电磁波，THz的发射比较容易的就可以穿透诸如纸张，衣服，塑料等，其穿透形式同X射线一样，在穿透的时候不会对物体产生破坏。该THz在使用的时候是比较安全的，即使是对比较敏感的生物学样品也是安全无害的。THz图像使得我们可以非常容易的观察目标物体的分子成分和区分出不同的材料——诸如区分糖和可卡因。

时间分辨率非线性鬼照相相机使用非线性的晶体来将标准的激光转换成THz的模式，使得采用单个的THz像素构建成复杂的物体

在解释这一最新研究成果的重要性的时候， Peccianti教授认为：THz相机所面临的最大挑战在于并不是收集图像，而在于保留目标物体的指纹，而指纹的保留在使用其他技术的时候非常容易受到损坏。这就是我们的技术所取得的成就的关键所在。影像的所有细节的指纹信息会被这一方式所保留，由此我们可以对物体进行更加完全详细的调查研究。

直到今天，可以捕获高光谱影像能力的相机可以保留THz发射所揭示的精细的袭击，这在以前是不可能的。

新型光子学实验室的团队使用一个单像素的相机，利用THz光的模式来对物体进行影像。他们构建的原型可以探测出目标物体在THz光的不同模式下是如何变化的。通过综合每一原始模式形状的这一信息，相机可以揭示出目标物体的图像以及其化学成分。

THz发射源一般来说比较脆弱，而且高光谱图像，直到今天，属于有限保真度。为了克服这一弊端，萨塞克斯大学的研究团队将一束标准的激光照射到一个独特的非线性材料中，该材料可以将可见光转换成THz。这一原型相机制造出的THz电磁波非常接近样品，有点同显微镜工作的时候相类似。当THz波可以穿透物体且不会对物体产生影响，获得的图像就可以揭示目标物体的3D形状和三维的成分分布。

Totero Gongora博士认为：目前的这一研究成果是一大进展，这是因为我们所研究的成果展示了我们早先的理论研究所探索的可能性，不仅是可行的，而且我们的工作甚至比以前所预期的还要好。在构建我们的装置的时候，我们发现了几个不同的途径来优化图像的过程，现在这一技术比较稳定和工作可靠。下一步我们的研究将聚焦在加速图像的构建过程和进一步的使用THz相机来在真实世界中尽快得到应用，诸如机场的安检，智能汽车所用的传感，制造工艺过程中的质量监控，以及健康问题，诸如皮肤癌的扫描探测。

这一研究成果发表在期刊《Optica》上。

文章来源： “Hyperspectral terahertz microscopy via nonlinear ghost-imaging” by Luana Olivieri, Juan S. Totero Gongora, Luke Peters, Vittorio Cecconi, Antonio Cutrona, Jacob Tunesi, Robyn Tucker, Alessia Pasquazi and Marco Peccianti, 19 February 2020, Optica.

DOI: 10.1364/OPTICA.381035以及University of Sussex

Ref：Cite this: ACS Photonics 2018, 5, 8, 3379–3388，Publication Date:July 3, 2018，Time-Resolved Nonlinear Ghost Imaging，