利用绿光实现快速太赫兹影像

一种新技术使用长波长红外辐射来产生具有高帧频的视频，这对产品的无损检测很有用。

研究人员使用太赫兹辐射，以每秒3000帧的速度产生视频，该电磁波是在电磁频谱的红外区域的长波长端发出的。为了迅速捕获图像，他们首先将电磁波穿过了激发的铯原子云，然后将其转换为绿光，从而可以用于标准的光学相机。这项工作为非侵入性成像开辟了一条新途径，能够在产品通过生产线时窥探产品内部。

从理论上讲，太赫兹信号（波长大约在30微米至3毫米之间）非常适合对生产线的产品进行无损检查。这些波可以穿过织物，塑料和纸张，且无离子化过程，这意味着，太赫兹与x射线不同，它们没有携带足够的能量来去除原子和分子中的电子。但是实际上，与较短和较长的波长相比，该波长范围很难检测。另外，太赫兹波源的工作功率往往比电磁频谱其他部分的功率低，太赫兹检测器的灵敏度较低。尽管存在太赫兹成像技术，但它们无法快速，高分辨率地捕获图像。

太赫兹成像。太赫兹辐射可应用于多种成像环境，例如在机场安检或非破坏性材料测试中。

英国的达勒姆大学的Kevin Weatherill的研究团队尝试了另一种方法，避免了当前太赫兹技术成像的缺陷。他们将太赫兹光子转换为可见光子，从而可以利用已经非常完善的光学高速相机技术。

光波长使用铯原子进行转换。首先，他们用三束连续的激光束撞击石英池中的铯蒸气，使它们自发地衰减到基态，从而不断激发原子。研究人员通过选择激光频率来产生处于里德堡态的受激原子，在激发态中，最受激的电子几乎没有附着在原子周围。然后，为了创建图像，研究人员将太赫兹光束照向移动的物体，产生的阴影图像撞击激发的铯蒸气。

Downes表示，里德堡原子对入射的太赫兹场非常敏感。当这些原子之一吸收太赫兹光子时，它会转移到另一个里德堡状态，该状态在衰变过程中极有可能发射绿色光子。对于每个吸收太赫兹的光子，其都有52％的机会发射绿色光子。使用绿灯，研究人员可以在短时间内轻松拍摄大量相对详细的快照。

该小组以700 rpm的转速旋转一个小轮，以每秒3000帧的速度创建视频，太赫兹光从扇页之间的缝隙中窥视。他们还以每秒500帧的速度成像掉落的水滴。该团队计划进一步改善该系统的视频功能。研究人员希望可以做出许多细微的改变来优化系统并进一步提高帧速率，例如提高激光稳定性并使用针对绿光进行了优化的光学相机。但是，由于受原子态寿命的限制，视频的帧速率上限是每秒100万帧。

英国利物浦大学的生物物理学家Peter Weightman表示，这项工作在各个领域都有巨大的应用潜力，这是太赫兹成像向前迈出的重要一步。 研究人员非常巧妙地利用了铯原子电子结构中的微妙特征，推动了快速太赫兹成像系统的发展。该项研究已发表于“Physical Review X”上。