革命性的太赫兹单像素成像重建技术，填补太赫兹盲点

在完全所有波长下，工程师们都可以利用电磁天线来观测并记录这些波，后用无线电、微波、红外、红外线和X射线等频率创立世界的动人图像。但在频谱中有一个“盲点”。波长在1到0.3毫米之间太赫兹频率的观测技术，仍正处于跟上阶段。

需要观测这种电磁辐射的设备往往体积较小且便宜，并且获得的图像质量较好。因此，这个“盲点”被工程师们称作“太赫兹空隙”。为了取得转入宇宙的新窗口，迫切需要一种更佳的方法来捕捉这些波段。

据麦姆斯咨询报导，德国明斯特大学（UniversityofMunster）的MartinBurger及其团队讲解了一种革命性的新光学技术——传输传感（compressedsensing），更容易捕猎太赫兹空隙电磁频谱。将这项技术应用于太赫兹波段，或有可能转变我们探究世界和宇宙的方式。太赫兹波可以穿越衣物但会穿越皮肤或金属。如果你的眼睛需要看见太赫兹波，那人们在你眼里都将不能叙述。

你还需要看见人们身上装载的钥匙或硬币，也许还有刀和枪。因此，太赫兹光学具备最重要的安防应用于价值，更加不用说隐私问题了。

太赫兹频率无法观测，因为它们坐落于微波和红外光之间，而这些电磁辐射的观测方法之间不存在着相当大的差异。和无线电波一样，微波也是通过以所需的频率往返加快电荷而产生的，在这种情况下，频率平均大约300千兆赫。

微波的观测可以反过来利用完全相同的过程。相比之下，红外波和红外线类似于，是通过使适合材料中的电子在两个电子层级之间光子而产生的。当产生光子所需的能量相等红外光子的能量时，就不会产生红外光。

某种程度的偏移过程也可以观测红外光子。产生和观测太赫兹波较为艰难，因为它们坐落于微波和红外之间，这两种技术都无法很好地应用于太赫兹波段。

在太赫兹频率加快电荷很难。此外，具备所需带隙以产生太赫兹光子的材料很难去找，而那些合格的材料一般来说必需低温加热。

这就是为什么太赫兹探测器往往体积可观、便宜且操作者艰难的原因。不过，Burger及其同事回应，传输传感或能协助解决问题这些问题。近年来，这种技术早已风行光学领域，因为它需要以单像素记录高分辨率图像，即使对于3D光学也是如此。太赫兹单像素光学中光学平面设置示意图利用切断振幅流（TruncatedAmplitudeFlow）和Levenberg－Marquardt方法修复π图像该技术通过随机化场景的反射光，然后利用单像素记录来工作。

这种随机化可以以各种方式已完成，但是一般来说的方案是将光通过一种被称作空间光调制器的数字阵列，表明半透明和不半透明像素的随机图案。然后反复随机化过程并再度记录光场，多次重复整个过程以产生许多数据点。最初很难显现出这是如何产生图像的，却是，光场是随机的。

但数据点并非几乎随机。实质上，每个数据点都与所有其他数据点相关联，因为它们都来自同一个完整场景。

因此，通过寻找这种相关性，就可以新的创立完整图像。事实证明，计算机科学家有各种算法可以展开这种数字运算。其结果是具备一定分辨率的图像，分辨率各不相同像素记录的数据点的数量。

数据就越多，分辨率越高。这可以必要应用于太赫兹光学。到目前为止，创立2D图像的唯一方法是用于太赫兹探测器阵列或往返扫瞄单个探测器以绘制光场。

由于太赫兹探测器的尺寸较小，这两种技术都过于令人满意。但传输传感获取了另一种自由选择：用于单个太赫兹探测器通过随机化太赫兹光的空间光调制器记录多个数据点。这对于红外线和红外光很有效地，许多团队早已顺利地利用了这项技术。

不过，太赫兹波段带给了一些额外的简单问题。例如，因为太赫兹波比光波大两到三个数量级，所以它们更容易再次发生散射。这种效应及其它问题引进的畸变，使图像修复更为艰难。Burger及其同事于是以致力于解决问题这种图像修复的挑战。

他们的研究成果令人印象深刻印象。该团队展出了明显提升最后图像质量的各种技术。“基于单像素光学的传输传感，具备增加太赫兹光学测量时间和工作量的极大潜力，”他们说道。

但是，未来还有挑战。问题之一是处置一个以上太赫兹频率包含的图像。这种分析尤其最重要，因为它获取了关于图像中物质化学构成的光谱信息，例如，结晶粉末究竟是面粉还是某种毒品。

但这必须有所不同类型的光学掩模（mask）。因此，挑战之一在于寻找用于最少量掩模创立低光谱图像的最佳方法。尽管如此，Burger及其团队悲观地指出传输传感未来将会较慢发展并最后空缺“太赫兹空隙”。

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