具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

传统太赫兹时域光谱成像技术受波长的衍射极限影响，分辨率只有几百微米，难以实现亚波长成像测量；近场成像则是突破衍射极限、获得亚波长超分辨率图像的研究方法之一。传统基于光导天线、带有栅格的电光晶体等方法通过扫描获得图像的方法需要耗费大量的时间，实时成像则是利用一个CCD采集太赫兹转化成的可见光信号，从获取的图像上观测到太赫兹场的分布，不需要再逐点扫描。

根据目前的实验和理论分析表明，太赫兹成像受限于太赫兹波的衍射效应以及扫描耗时较长等因素的影响，导致成像效率低、成像效果差。

因此，本发明实施例提供一种基于原子气室的太赫兹成像方法和系统，将原子从初始里德堡态非相干的转移到另一个里德堡态，原子从该里德堡态退激时，自发辐射产生的荧光在可见波段，荧光强度在空间分布与转化前太赫兹场的分布一致，因此可以获得的可见光图像即为转化前的太赫兹的图像。利用CCD(可见光成像)可以探测所发出的荧光，从而获得太赫兹成像。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。

图1为根据本发明实施例提供的一种基于原子气室的太赫兹成像方法，包括：

S1、将扁平状的探测光和耦合光沿相反方向打入圆片形状的原子气室，所述探测光具有第一波长，所述耦合光具有第二波长；基于激光两步激发方法将所述原子气室内的原子激发到第一里德堡态；

所述探测光和所述耦合光沿所述原子气室的直径方向打入所述原子气室，且所述探测光和所述耦合光的方向相反。

具体的，利用激光器产生两种不同波长的激光，分别为波长为515nm的探测光和波长为852nm的耦合光，将探测光和耦合光通过光学系统整平为扁平状，两束扁平的激光相对反方向打入圆片形状的原子气室，在原子气室内的原子与探测光、耦合光进行耦合，实现能级上的跃迁，采用激光两步激发方法将原子气室内的原子激发到第一里德堡态(里德堡|1>态)；

具体的，所述原子气室内充有铯原子蒸气；原子的能级结构为：6S_1/2为铯原子的基态；6P_3/2为波长852nm的探测光从基态所激发的跃迁态，25S_1/2为波长515nm的耦合光从6P_3/2态所激发的跃迁态。

S2、基于太赫兹镜头采集成像目标辐射出的太赫兹场，将所述太赫兹光垂直于所述探测光和所述耦合光的方向入射至所述原子气室，以将所述原子气室内处于第一里德堡态的原子非相干的转移到第二里德堡态；所述第二里德堡态的能级高于所述第一里德堡态的能级；

具体的，通过由太赫兹透镜组组成的太赫兹镜头采集成像目标辐射出的太赫兹场，将收集的外部太赫兹场垂直于激光入射方向入射至原子气室，与原子气室内的第一里德堡态的原子相互作用，耦合两个里德堡能级，将处于第一里德堡态的原子非相干的转移到能级更高的第二里德堡态(里德堡|2>态)，第二里德堡态可退激辐射发出荧光。

原子的能级结构为：25P_3/2作为里德堡态由外部THz场来激发，太赫兹频率为338GHz可由人体辐射太赫兹来提供，作用是将铯原子激发到里德堡态并可以辐射出荧光。

S3、基于CCD相机采集原子从所述第二里德堡态退激时发出的在可见光波段的荧光，将所述荧光转换为太赫兹场的图像。

本发明实施例中，荧光强度在空间分布与转化前太赫兹场的分布一致，因此可以获得的可见光图像即为转化前的太赫兹的图像。利用CCD(可见光成像)可以探测所发出的荧光，从而获得太赫兹成像。

第二方面，本发明实施例提供一种基于原子气室的太赫兹成像系统，如图2中所示，包括原子气室3、激光器、CCD相机6、太赫兹透镜2，其中探测光7和耦合光8沿着同轴相对入射到原子气室3，CCD相机6在此轴的垂直方向分布在透明腔的一侧。太赫兹透镜2在被测物体和原子气室3中间。

利用激光器产生两种不同波长的激光，分别为波长为515nm的探测光7和波长为852nm的耦合光8，将探测光7和耦合光8通过光学系统整平为扁平状，两束扁平的激光相对反方向打入圆片形状的原子气室3，在原子气室3内的原子与探测光7、耦合光8进行耦合，实现能级上的跃迁，采用激光两步激发方法将原子气室内的原子激发到第一里德堡态(里德堡|1>态)；

具体的，所述原子气室3内充有铯原子蒸气；为原子的能级结构为：6S_1/2为铯原子的基态；6P_3/2为波长852nm的探测光从基态所激发的跃迁态，25S_1/2为波长515nm的耦合光从6P_3/2态所激发的跃迁态。

原子气室3，用于装载原子蒸气；用于装载铯原子气体，利用所述两种激光光束与收集的外部太赫兹场1将原子从基态相干激发到里德堡态并自发辐射出荧光；

激光器，用于将扁平状的探测光和耦合光沿相反方向打入圆片形状的原子气室，所述探测光具有第一波长，所述耦合光具有第二波长；基于激光两步激发方法将所述原子气室内的原子激发到第一里德堡态；

太赫兹镜头，用于采集成像目标辐射出的太赫兹场，将所述太赫兹光垂直于所述探测光和所述耦合光的方向入射至所述原子气室，以将所述原子气室内处于第一里德堡态的原子非相干的转移到第二里德堡态；所述第二里德堡态的能级高于所述第一里德堡态的能级；

具体的，通过由太赫兹透镜组组成的太赫兹镜头采集成像目标辐射出的太赫兹场1，将收集的外部太赫兹场1垂直于激光入射方向入射至原子气室3，与原子气室3内的第一里德堡态的原子相互作用，耦合两个里德堡能级，将处于第一里德堡态的原子非相干的转移到能级更高的第二里德堡态(里德堡|2>态)，第二里德堡态可退激辐射发出荧光。

原子的能级结构为：25P_3/2作为里德堡态由外部THz场来激发，太赫兹频率为338GHz可由人体辐射太赫兹来提供，作用是将铯原子激发到里德堡态并可以辐射出荧光。

CCD相机，用于采集原子从所述第二里德堡态退激时发出的在可见光波段的荧光，将所述荧光转换为太赫兹场的图像。

具体的，如图2所示，图2是基于原子的太赫兹相机在成像模块的示意图，515与852激光的大小与透明腔的宽厚相同，515与852激光相对入射到透明腔内，外部收集的太赫兹场(人体自发辐射太赫兹)在与激光垂直的方向的一侧，与透明腔中间插入太赫兹透镜2将发射出的太赫兹聚焦准直，而另一侧透明腔与CCD相机6之间放入透镜4用来聚焦准直荧光。

本发明实施例中，荧光强度在空间分布与转化前太赫兹场的分布一致，因此可以获得的可见光图像即为转化前的太赫兹的图像。利用CCD相机6(可见光成像)可以探测所发出的荧光，从而获得太赫兹成像。

综上所述，本发明实施例提供的一种基于原子气室的太赫兹成像方法和系统，通过两种波长的激光对打在原子气室中激发的里德堡原子，实现太赫兹场空间分布转化为光波空间分布实时成像；从而实现了基于原子的高分辨率实时成像的太赫兹相机，将原子从初始里德堡态非相干的转移到另一个里德堡态，原子从该里德堡态退激时，自发辐射产生的荧光在可见波段，荧光强度在空间分布与转化前太赫兹场的分布一致，因此可以获得的可见光图像即为转化前的太赫兹的图像。利用CCD(可见光成像)可以探测所发出的荧光，从而获得太赫兹成像。

本发明的各实施方式可以任意进行组合，以实现不同的技术效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。