【摘要】：太赫茲波的光子能量為毫電子伏量級,與很多生物分子或分子基團(tuán)的振動、轉(zhuǎn)動、彎折等狀態(tài)的能隙重合,幾乎不會使生物分子發(fā)生電離現(xiàn)象。所以太赫茲波表現(xiàn)出很好的生物安全性,在生物醫(yī)療檢測領(lǐng)域有很好的應(yīng)用潛力。本文從腦膠質(zhì)瘤檢測的角度對太赫茲近場成像技術(shù)在生物醫(yī)療檢測領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了探索。本文簡要介紹了當(dāng)前主流的基于孔徑法、散射法和直接探測法的近場成像方法的基本設(shè)計思想及各自的技術(shù)難點(diǎn),著重推導(dǎo)了基于直接探測法實(shí)現(xiàn)近場成像的物理和數(shù)學(xué)原理。系統(tǒng)地介紹了太赫茲時域光譜系統(tǒng)設(shè)計過程中涉及的相關(guān)原理,包括復(fù)折射率測量原理、光電導(dǎo)天線原理、相干探測原理等。討論了系統(tǒng)設(shè)計過程中光程設(shè)計、延時線與數(shù)據(jù)采集、近場探針與樣品間距測量、與可見光顯微鏡聯(lián)用等問題的技術(shù)細(xì)節(jié)。本文創(chuàng)新點(diǎn)主要有兩點(diǎn):(1)基于音圈電機(jī)延時線和光柵尺位置觸發(fā)采集的方案,獲得了相比傳統(tǒng)步進(jìn)模式延時線更短的信號采集時間和相比定采樣率模式更準(zhǔn)確的時域信號波形。(2)利用圖像處理和特征提取的方式,實(shí)現(xiàn)了近場探針與樣品間距的自動化測量�；诒疚脑O(shè)計和搭建的太赫茲時域近場掃描顯微鏡,對光柵結(jié)構(gòu)樣品和腦膠質(zhì)瘤等生物樣品進(jìn)行了近場掃描成像。光柵結(jié)構(gòu)的成像結(jié)果顯示,系統(tǒng)的空間分辨率不低于20μm。生物樣品的成像結(jié)果顯示,可以獲得優(yōu)于衍射極限的空間分辨率。其中,腦膠質(zhì)瘤樣品的成像結(jié)果顯示,可以區(qū)分出腦膠質(zhì)瘤和正常腦組織。脂肪與肌肉組織的成像結(jié)果顯示,可以區(qū)分出脂肪和肌肉區(qū)域。腦組織樣品的成像結(jié)果顯示,可以區(qū)分出胼胝體和大腦皮層區(qū)域。本文的工作證明了太赫茲近場成像技術(shù)在生物醫(yī)療檢測領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
【圖文】：

圖 1.1 孔徑法近場示意圖射法實(shí)現(xiàn)近場成像的基本思想是，，如圖 1.2 所示，利用曲率半徑遠(yuǎn)小于端接近樣品表面，當(dāng)太赫茲波照射到導(dǎo)體尖端時，導(dǎo)體尖端的電荷侖力的作用與太赫茲電場同頻率運(yùn)動。由于針尖效應(yīng)，會有多數(shù)電體尖端電場被局域增強(qiáng)。由于導(dǎo)體尖端局域增強(qiáng)電場的作用，其下體尖端電量相等、電性相反的電荷，與導(dǎo)體尖端的電荷構(gòu)成等效偶不變而電量與太赫茲電場同頻率變化，因此會產(chǎn)生同頻率的太赫茲波。在針尖性質(zhì)確定的情況下，散射太赫茲波只與針尖下方局部的以通過對散射太赫茲波的測量實(shí)現(xiàn)小于太赫茲波波長的空間分辨率體針尖也可以有其他等效形式，比如被激光激發(fā)的半導(dǎo)體針尖，這激光調(diào)控半導(dǎo)體針尖的電導(dǎo)率來調(diào)制散射太赫茲波進(jìn)行鎖相測量。

圖 1.1 (c)中太赫茲波調(diào)制深度小等。圖 1.1 孔徑法近場示意圖1.2.2 散射法散射法實(shí)現(xiàn)近場成像的基本思想是，如圖 1.2 所示，利用曲率半徑遠(yuǎn)小于太赫茲波波長的導(dǎo)體尖端接近樣品表面，當(dāng)太赫茲波照射到導(dǎo)體尖端時，導(dǎo)體尖端的電荷在太赫茲電場中受到庫侖力的作用與太赫茲電場同頻率運(yùn)動。由于針尖效應(yīng)，會有多數(shù)電荷積累到導(dǎo)體尖端，導(dǎo)體尖端電場被局域增強(qiáng)。由于導(dǎo)體尖端局域增強(qiáng)電場的作用，其下方的樣品中會存在與導(dǎo)體尖端電量相等、電性相反的電荷，與導(dǎo)體尖端的電荷構(gòu)成等效偶極子。等效偶極子間距不變而電量與太赫茲電場同頻率變化，因此會產(chǎn)生同頻率的太赫茲輻射，稱為散射太赫茲波。在針尖性質(zhì)確定的情況下，散射太赫茲波只與針尖下方局部的樣品性質(zhì)有關(guān)，所以可以通過對散射太赫茲波的測量實(shí)現(xiàn)小于太赫茲波波長的空間分辨率[32-39]。此處導(dǎo)體針尖也可以有其他等效形式，比如被激光激發(fā)的半導(dǎo)體針尖，這樣做的好處是可以通過激光調(diào)控半導(dǎo)體針尖的電導(dǎo)率來調(diào)制散射太赫茲波進(jìn)行鎖相測量。圖 1.2 散射法近場示意圖這種方式最大的難點(diǎn)在于，散射太赫茲波的能量太弱，背景噪聲強(qiáng)，測量難度非常大。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R739.4;O441

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