加州大学洛杉矶分校(UCLA)教授Mona Jarrahi和Aydogan Ozcan领导的研究小组最近推出了一项太赫兹技术的创新——等离子体光电导太赫兹焦平面阵列(THz-FPA)，不仅解决了长期以来的成像速度问题，还提供了丰富的、高质量的太赫兹信息。这一研究成果发表已发表于Nature Photonics(doi.org/10.1038/s41566-023-01346-2.)。

太赫兹时域成像装置中等离子体光电导 THz-FPA 。

太赫兹技术的前景

太赫兹时域成像一直是一项备受期待的技术，其利用时间选通的超快激光脉冲生成和检测太赫兹波，具有非常有前途的潜力。通过信号处理，研究人员可以获得太赫兹信息的丰富细节，包括幅度和相位信息、亚皮秒级的超快时间信息以及非常宽带的光谱信息。

传统的太赫兹时域成像系统通常采用单像素太赫兹探测器，需要机械扫描成像物体或整个成像系统。这一过程耗时且对于大型物体并不实用。

太赫兹焦平面阵列的突破

用于太赫兹像素超分辨率成像的等离激元光电导 THz-FPA。

Jarrahi教授的团队通过引入等离子体光电导太赫兹焦平面阵列(THz-FPA)成功解决了这一问题。该阵列采用分布式等离子体纳米天线架构，具有更高的光学填充因子，有效提高了太赫兹探测效率。总共30万个等离子体纳米天线被集成到单个芯片上，这些天线的设计旨在增强光载流子和太赫兹波之间的相互作用，实现在每个像素内的高灵敏度太赫兹检测。

太赫兹焦平面阵列的工作原理

基于这一技术，研究团队构建了不需要机械光栅扫描组件的太赫兹时域成像系统。成像过程类似于使用手机摄像头拍照，即拍一张快照后，一张太赫兹图像即可生成。

研究小组录制了流水通过微流体通道的太赫兹视频，这是太赫兹领域中首次展示的太赫兹视频。从THz-FPA获取的图像包含幅度和相位信息的空间分布、超快时间信息和宽带光谱信息。

这项技术的独特之处在于其能够进行太赫兹超分辨率成像。通过利用深度学习卷积神经网络，研究人员能够解决传统方法中难以解析的特征。研究团队展示了对硅基板上的超分辨率蚀刻图案的概念验证实验，成功实现了大于1千像素的总有效像素数，展示了对2D形状的小细节的解析能力，同时能够解析成像对象的深度。

广泛应用的前景

THz-FPA成像系统在众多领域都有潜在应用，从能源和汽车到食品和制药行业的无损检测应用。其中一个显著的应用是对锂离子电池的实时质量控制。通过识别电池电极内各种类型的隐藏缺陷，该技术能够提高电池生产的效率、安全性和性能。

该团队计划将THz-FPA成像系统应用于卷对卷生产线，进一步提高各种产品生产中的效率和安全性，为太赫兹技术的广泛应用打开了新的可能性。