All-optoelectronic continuous wave THz imaging for biomedical applications

Siebert, Karsten; Löffler, Thomas; Quast, Holger; Thomson, Mark D.; Bauer, Tobias; Leonhardt, R.; Czasch, Stephanie; Roskos, Hartmut G.

doi:10.1088/0031-9155/47/21/310

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“…As shown in our previous work [22], such a converter provides detection of THz radiation in real time due to small thickness of the converter and, therefore, its small thermal capacity. Unlike the multispectral imaging systems described in [14,15,17,18], our approach allows simultaneous multispectral imaging with a desired set of frequencies. Such a multichannel receiver improves the efficiency of the measurements.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

“…Multispectral imaging has the same prospects for the rapidly developing terahertz science and technology [9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20]. The use of terahertz waves to spectroscopically detect and identify concealed materials through their characteristic transmission or reflection spectra is one of the prospective solutions for locating, detecting and characterizing concealed threats such as plastic explosives, chemical and biological agents, illegal drugs [12][13][14].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…By comparing measured THz spectra with known calibration spectra (spectral fingerprints), one may identify the presence of these agents and distinguish them from benign objects. The multispectral THz imaging has the same prospects for the investigation of biomedical tissues, such as probing surface and subcutaneous properties of skin and detection of tooth decay [16][17][18][19]. In [14,15,17,18], the frequency sweep together with 2D scanning was used for multispectral image processing.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Matrix Structure of Metamaterial Absorbers for Multispectral Terahertz Imaging

Kuznetsov¹,

Паулиш²,

Gelfand³

et al. 2012

PIER

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Abstract-A multispectral 24 × 24 bolometric matrix structure of terahertz (THz) absorbers operating at 0.3-0.4 THz was proposed and experimentally investigated. Each pixel of the structure was implemented as a fragment of an ultra-thin metamaterial absorber. The matrix structure consisted of four types of pixels with nearly perfect absorptivity. Three pixels were at 0.30, 0.33, 0.36 THz respectively with identically oriented polarization sensitivity, and the fourth pixel was at 0.33 THz oriented with polarization sensitivity orthogonal to foregoing ones. The backside of the structure included a high-performance infrared emissive layer. Resonant absorption of THz radiation induced the structure heating and increasing IR emission from the emissive layer, which was henceforth detected by the IR camera. The terahertz imaging system, capable to operate in real time, with spectral and polarization discrimination was demonstrated. The experimental results showed good spectral and polarization resolution together with acceptable spatial resolution.

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Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Matrix Structure of Metamaterial Absorbers for Multispectral Terahertz Imaging

Kuznetsov¹,

Паулиш²,

Gelfand³

et al. 2012

PIER

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“…Par ailleurs, l'eau contenue dans le stratum corneum peut affecter les propriétés physiques de la peau, à savoir sa fonction de barrière. L'étude par THz de l'hydratation de la peau est donc un moyen d'appréciation de l'efficacité d'un cosmétique [20]. Dans un proche avenir, on pourra aussi distinguer les tissus ischémiques des tissus sains, ce qui a un intérêt diagnostic, pronostique et thérapeu-tique.…”

Section: Applications Médicalesunclassified

À la frontière onde-lumière

Dabouis¹,

Chancerelle²,

Crouzier³

et al. 2009

Med Sci (Paris)

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Le rayonnement électromagnétique térahertz (THz) couvre un domaine de fréquence allant de 100 GHz à 10 THz, c'est-à-dire à la frontière entre les micro-ondes et les infrarouges lointains. De cette position résulte un certain nombre de propriétés optiques ou quasi-optiques (comme la lumière) et de modes de propagation/péné-tration proches de ceux des ondes électro magnétiques. Les applications de ce rayon nement dans le domaine biomédical ont vu le jour lorsque les mécanismes de pénétration et de diffusion ont pu être éclaircis [1,2] et utilisés pour différencier des milieux aux propriétés électromagnétiques différentes (conductivité, péné-tration) [3]. Plus récemment, le passage des spectroscopies THz aux technologies impliquant le domaine temporel (THz-TDS) marque une évolution cruciale vers une utilisation croissante de spectromètres miniaturisés ayant de nombreuses applications « de terrain », en particulier dans le domaine médico-légal pour la détection de drogues illicites [4]. Après avoir rappelé les bases physiques des modes d'interaction des ondes THz avec la matière puis les différentes applications de ces rayonnements dans le domaine de la santé, nous évoquerons de possibles réserves d'ordre sanitaire à l'utilisation régulière de ces nouvelles technologies. Rappels : les interactions THz-matièreDe manière générale, l'interaction entre une onde élec-tromagnétique et la matière peut se définir soit au niveau corpusculaire (atomique ou moléculaire), soit par la mise en jeu des phénomènes collectifs dans un maté-riau ou un tissu. Pour qu'il y ait interaction et qu'elle soit enregistrable, il faut qu'il existe un « contraste », c'est-à-dire que les différentes parties soient plus ou moins réactives (transparentes ou réfléchissantes) afin que l'on puisse les discriminer [5]. Certains objets émettent euxmêmes un rayonnement THz à température ambiante, dont l'intensité est proportionnelle à leur absorption. Le milieu environnant doit, bien entendu, être transparent pour que le rayonnement issu de l'objet atteigne le détecteur. Il convient donc dans un premier temps de décrire l'interaction entre une onde électromagnétique THz et la matière, afin de comprendre pourquoi un maté-riau est plus ou moins opaque, réfléchissant ou émissif dans ce domaine spectral. Ce dernier s'étend typiquement entre 0,1 et 10 THz correspondant à des longueurs d'onde de 30 μm à 3 mm (Figure 1). L'énergie des photons (entre 0,4 et 40 meV) est trop faible pour interagir avec les transitions entre états électroniques des atomes ou molécules (~ 1 eV) ou avec les énergies de vibration

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“…Over the last two decades, there has been a tremendous development in THz technology [1][2][3][4] in different areas of science in both spectroscopy [5,6] and imaging [7][8][9]. Optical pumpTHz-probe spectroscopy has been widely applied to study e.g.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

The effect of the Gouy phase in optical-pump-THz-probe spectroscopy

Ahmed¹,

Savolainen²,

Hamm³

2014

Opt. Express

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We show theoretically as well as experimentally that the Gouy-phase shift, which depends on the exact positioning of a sample in relation to the focus of a probe beam in a pump-probe experiment, may have a pronounced effect on the shape of the pump-probe signal. The effect occurs only when singlecycle probe pulses are used, i.e. when the slowly varying envelope approximation breaks down, while it disappears for multi-cycle pulses. The effect is thus most relevant in THz time-resolved spectroscopy, where such single cycle pulses are most commonly used, but it should not be overlooked also in other spectral regimes when correspondingly short pulses are involved. Abstract: We show theoretically as well as experimentally that the Gouyphase shift, which depends on the exact positioning of a sample in relation to the focus of a probe beam in a pump-probe experiment, may have a pronounced effect on the shape of the pump-probe signal. The effect occurs only when single-cycle probe pulses are used, i.e. when the slowly varying envelope approximation breaks down, while it disappears for multi-cycle pulses. The effect is thus most relevant in THz time-resolved spectroscopy, where such single cycle pulses are most commonly used, but it should not be overlooked also in other spectral regimes when correspondingly short pulses are involved.

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All-optoelectronic continuous wave THz imaging for biomedical applications

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Matrix Structure of Metamaterial Absorbers for Multispectral Terahertz Imaging

Matrix Structure of Metamaterial Absorbers for Multispectral Terahertz Imaging

À la frontière onde-lumière

The effect of the Gouy phase in optical-pump-THz-probe spectroscopy

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