一种太赫兹光声检测装置及方法与流程

1.本发明实施例涉及太赫兹技术领域，尤其涉及一种太赫兹光声检测装置及方法。


背景技术：

2.太赫兹(terahertz，thz)波是指频率在0.1thz至10thz范围内，位于微波和红外区域之间的电磁波。由于太赫兹光束具有低光子能量、丰富的吸收谱、穿透性好等优点，已经在物理、化学、电子信息、生命科学、材料科学、通讯雷达、国家安全等多个重要领域显示出了巨大的应用前景。
3.太赫兹辐射的光子能量非常低(～mev量级)不会造成电离损伤，物质的太赫兹光谱包含着丰富的物理和化学信息，研究物质在该波段的光谱对于物质特性的探索具有重要意义。
4.但现有的太赫兹生物检测使用太赫兹反射光谱和衰减全反射光谱技术，大多需要对样品进行复杂的预处理或者直接检测极薄(～200μm)的富水样品，这将难以获取样品的内部信息，并且水的强吸收信号往往会淹没目标生物分子发出的微弱信号，极大地限制了太赫兹辐射在生命科学中的进一步应用。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种太赫兹光声检测装置及方法，以实现太赫兹技术和光声技术的融合，获取待测样品中目标检测物的太赫兹特征吸收信息，扩展了太赫兹辐射在生命科学中的进一步应用，且该装置具有结构简单、操作方便，成本低廉的特点。
6.第一方面，本发明实施例提供一种太赫兹光声检测装置，包括光源模块、超声探测模块、处理模块和温控模块；
7.所述光源模块用于输出波长可调谐的太赫兹光束，所述太赫兹光束入射至待测样品，经过所述待测样品之后，形成光声信号；
8.所述温控模块用于调整所述待测样品的温度；
9.所述超声探测模块用于接收所述光声信号，并将所述光声信号转换为电信号；
10.所述处理模块与所述超声探测模块连接，所述处理模块用于根据所述电信号获取所述待测样品中的吸收光谱。
11.可选的，所述光源模块包括第一脉冲激光器、反射镜组、光栅、二分之一波片、汇聚透镜、第一非线性晶体和多个滤波器；所述第一脉冲激光器输出的脉冲激光依次经过所述反射镜组、所述光栅、所述二分之一波片、所述汇聚透镜之后聚焦到所述第一非线性晶体，以激发太赫兹光束；多个所述滤波器用于透射不同波长的太赫兹光束，以使所述光源模块输出波长可调谐的太赫兹光束。
12.可选的，所述太赫兹光声检测装置还包括抛物面镜组，所述抛物面镜组用于将所述光源模块输出的太赫兹光束聚焦至所述待测样品。
13.可选的，所述光源模块还包括泵浦光过滤器，所述泵浦光过滤器位于所述第一非
线性晶体的输出端，用于遮挡所述第一脉冲激光器输出的脉冲激光，透射所述第一非线性晶体输出的太赫兹光束。
14.可选的，所述第一非线性晶体包括铌酸锂晶体。
15.可选的，所述光源模块包括第二脉冲激光器、望远镜组、可变光阑、第一平行平面镜、第二非线性晶体、第二平行平面镜和旋转台；所述第二脉冲激光器输出的脉冲激光依次经过所述望远镜组、所述可变光阑入射至由所述第一平行平面镜、所述第二非线性晶体和所述第二平行平面镜组成的光学参量振荡腔中，所述旋转台用于带动所述第二非线性晶体旋转，以输出波长可调谐的太赫兹光束。
16.可选的，所述第二非线性晶体包括近化学计量比铌酸锂晶体。
17.可选的，所述光源模块还包括第三脉冲激光器，所述第三脉冲激光器用于出射紫外脉冲激光，所述紫外脉冲激光与所述太赫兹光束共同入射至所述待测样品。
18.可选的，所述太赫兹光声检测装置还包括扫描平移台，所述扫描平移台用于带动所述待测样品进行逐点二维扫描；
19.所述处理模块用于根据所述待测样品的逐点二维扫描信息获取所述待测样品的光声成像。
20.可选的，所述温控模块用于调整所述待测样品的温度。
21.第二方面，本发明实施例还提供一种太赫兹光声检测方法，由上述的太赫兹光声检测装置执行，包括：
22.光源模块输出波长可调谐的太赫兹光束，所述太赫兹光束入射至待测样品，经过所述待测样品之后，形成光声信号；
23.超声探测模块接收所述光声信号，并将所述光声信号转换为电信号；
24.处理模块根据所述电信号获取所述待测样品中的吸收光谱；
25.其中，温控模块调整所述待测样品的温度，所述光源模块调谐所述太赫兹光束的波长，实现多光谱不同温度的待测样品吸收光谱检测。
26.可选的，所述光声检测装置还包括扫描平移台，所述扫描平移台用于带动所述待测样品进行逐点二维扫描；
27.所述处理模块根据所述待测样品的逐点二维扫描信息获取所述待测样品的光声成像。
28.本发明实施例提供的太赫兹光声检测装置包括光源模块、超声探测模块、处理模块和温控模块，通过光源模块输出波长可调谐的太赫兹光束，太赫兹光束入射至待测样品，经过待测样品之后，形成光声信号，由光信号检测转换为对声信号的探测，降低成本；通过温控模块调整待测样品的温度，可以实现探测灵敏度的调节；通过超声探测模块接收光声信号，并将光声信号转换为电信号；通过处理模块根据电信号获取待测样品中的吸收光谱。以实现太赫兹技术和光声技术的融合，获取待测样品中目标检测物的太赫兹特征吸收信息，扩展了太赫兹辐射在生命科学中的进一步应用，且该装置具有结构简单、操作方便，成本低廉的特点。
附图说明
29.图1是本发明实施例提供的一种太赫兹光声检测装置的结构示意图；
30.图2是本发明实施例提供的另一种太赫兹光声检测装置的结构示意图；
31.图3是本发明实施例提供的又一种太赫兹光声检测装置的结构示意图；
32.图4是本发明实施例提供的又一种太赫兹光声检测装置的结构示意图；
33.图5是本发明实施例提供的又一种太赫兹光声检测装置的结构示意图；
34.图6是本发明实施例提供的又一种太赫兹光声检测装置的结构示意图；
35.图7是本发明实施例提供的一种太赫兹光声检测方法的流程示意图；
36.图8是本发明实施例提供的又一种太赫兹光声检测装置的结构示意图；
37.图9是本发明实施例提供的另一种太赫兹光声检测方法的流程图。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
39.目前，太赫兹波以下几点特征使其在生物医学领域具有很大优势：1.太赫兹辐射光子能量非常低(1thz大约在4.1mev)，与目前临床常用x射线(～kev)相比，太赫兹辐射能降低数个数量级，不会造成电离损伤，因而有可能更安全的应用于活体检测；2.许多生物大分子内的基团振动和构相改变，以及生物分子与周围介质之间相互作用的振动频率大多处在太赫兹范围内；3.极性分子，特别是水分子对太赫兹波有很强的吸收性，可利用这一特点对生物组织水含量进行相关研究。由于这些优势，太赫兹光谱和成像已发展成为在体外和体内检测蛋白质、dna、rna、糖等生物分子的非常有潜力的技术手段，也可以用于分析水和离子水合的结构动力学或是根据水含量区分肿瘤和健康组织。
40.虽然水对太赫兹辐射的高吸收率在生物医学上具有优势，它可以根据不同的含水量区分肿瘤细胞和正常细胞，并用来研究水和生物分子的结构动力学，但是考虑到许多生物样品中有在水环境中才能维持其生物活性，水的这种强吸收仍然限制了太赫兹技术应用于水溶液、生物组织等富水样品。常规的太赫兹生物分析都使用太赫兹反射光谱和衰减全反射光谱技术，大多需要对样品进行复杂的预处理或者直接检测极薄(～200μm)的富水样品，这将难以获取样品的内部信息，并且水的强吸收信号往往会淹没目标生物分子发出的微弱信号，极大地限制了太赫兹辐射在生命科学中的进一步应用。也有一些科研团队在不断探索试图通过增加太赫兹辐射的强度或提高太赫兹探测器的灵敏度来增强所需的信号。但是从长远来看，这些解决方案可能并不令人满意，因为水背景会使目标信号呈指数衰减，超强辐射会带来健康风险，而超灵敏探测器的价格又可能高得让人望而却步。
41.图1是本发明实施例提供的一种太赫兹光声检测装置的结构示意图。参考图1，本实施例提供的太赫兹光声检测装置100包括光源模块101、超声探测模块102、处理模块103和温控模块104，光源模块101用于输出波长可调谐的太赫兹光束，太赫兹光束入射至待测样品105，经过待测样品105之后，形成光声信号；温控模块104用于调整待测样品105的温度；超声探测模块102用于接收光声信号，并将光声信号转换为电信号；处理模块103与超声探测模块102连接，处理模块103用于根据电信号获取待测样品105中的吸收光谱。
42.光声技术是一种利用光声效应，即短脉冲激光作为激励源照射生物组织，如果激光脉冲的持续时间远小于组织内部光学吸收区域的热传导时间，则组织内部的光学吸收区
会发生绝热膨胀并辐射超声波，对所产生的超声波进行探测的技术手段。光声成像作为一种新的生物组织成像方法，结合了光学成像和超声成像二者的优点。由于不同的生物组织对特定波长的激光具有差别很大的光学吸收系数，光声成像能达到较高的成像对比度；以超声波作为信息的载体，光声成像能达到较高的成像分辨率和较深的成像深度，这是纯光学或声学成像所不能同时具备的。目前已经有实验证明，脉冲太赫兹辐射可以通过太赫兹吸收材料的热膨胀产生超声波，其中超声信号的变化反映了太赫兹信号的变化，实现了太赫兹波的检测，本实施例中，通过待测样品105将对太赫兹光束吸收转换成超声波信号(即光声信号)，具体可以理解成光声效应的主要作用机制在于通过脉冲光束照射媒介，被照射区域吸收能量之后温度发生变化，将光能转换成热能，通过温度变化后的热膨胀将热能转换成机械振动的机械能，再通过机械振动产生超声波，通过采集超声波信号进而反演出待测样品105的吸收光谱。
43.可以理解的是，通过光源模块101输出波长可调谐的太赫兹光束，在不同的波长的太赫兹光束入射至待测样品105之后，温控模块104控制待测样品105的温度相同时，采用上述太赫兹光声检测装置100可以获取待测样品105在不同波长太赫兹光束下多波长的吸收光谱。
44.另外，当保持光源模块101输出的太赫兹光束波长不变时，温控模块104控制待测样品105的温度发生变化，温控模块104的温度调节范围可以实现0-40℃调节，从而实现太赫兹光声探测的灵敏度调节，采用上述太赫兹光声检测装置100可以获取待测样品105在相同波长太赫兹光束下不同温度下的吸收光谱。其中待测样品105可以为富水样品。
45.由此，采用上述太赫兹光声检测装置100可以获取不同温度或不同波长太赫兹光束下的待测样品105的吸收光谱，太赫兹光声检测装置100具有结构简单、成本低的优点。
46.其中，探测的太赫兹光声信号都是基于初始声压公式：
[0047][0048]
在公式中，γ定义为格林参数(无量纲)，表示吸收材料的非谐性，只取决于材料性质；β与材料体积膨胀的热系数有关；vs是声速；cp是材料比热容；μa表示光吸收系数，由材料的特性和电磁波波长共同决定的；η
th
表示吸收能量转化为热量的百分比，与太赫兹波段材料的特性有关，一般认为是1，f为光源功率。对于吸收未知的物质，探测得到太赫兹光声信号p0可以得到吸收光谱μa(λ)；对于已经知道太赫兹吸收光谱的物质，通过探测的太赫兹光声信号p0以及根据朗伯-比尔定律则可以反解计算出物质浓度。
[0049]
举例来说，当探测到未知的物质(比如是几种溶液的混合溶液)的太赫兹光声信号为p0时，可以基于初始声压公式得到未知的物质的吸收光谱μa(λ)，但是，已经提前分别知道几种溶液中每种溶液单独的吸收光谱，那么可以根据朗伯-比尔定律反解出未知的物质中几种溶液的组分及其相对含量。
[0050]
本发明实施例的技术方案，通过光源模块输出波长可调谐的太赫兹光束，太赫兹光束入射至待测样品，经过待测样品之后，形成光声信号，由光信号检测转换为对声信号的探测，降低成本；通过温控模块调整待测样品的温度，可以实现探测灵敏度的调节；通过超声探测模块接收光声信号，并将光声信号转换为电信号；通过处理模块根据电信号获取待测样品中的吸收光谱。以实现太赫兹技术和光声技术的融合，获取待测样品中目标检测物
的太赫兹特征吸收信息，扩展了太赫兹辐射在生命科学中的进一步应用，且该装置具有结构简单、操作方便，成本低廉的特点。
[0051]
图2是本发明实施例提供的另一种太赫兹光声检测装置的结构示意图。，参考图2，光源模块101包括第一脉冲激光器106、反射镜组200、光栅110、二分之一波片111、汇聚透镜112、第一非线性晶体113和多个滤波器124(图2中示例性只示出一个滤波器)；第一脉冲激光器106输出的脉冲激光依次经过反射镜组200、光栅110、二分之一波片111、汇聚透镜112之后聚焦到第一非线性晶体113，以激发太赫兹光束；多个滤波器124用于透射不同波长的太赫兹光束，以使光源模块101输出波长可调谐的太赫兹光束。
[0052]
其中，第一脉冲激光器106可以为legend elite系列钛宝石飞秒脉冲再生放大级激光器，该激光器采用功率evolution-he激光器作为标准泵浦光源，vitara振荡器作为种子光源，通过对种子光进行两级放大，单脉冲能量输出最高可达8mj，脉宽为40fs，重复频率为1khz，中心波长为800nm，谱宽为30nm。示例性，在本实施例中，反射镜组200包括第一反射镜107、第二反射镜108、第三反射镜109，在其他实施例中，反射镜组200中的反射镜个数可根据实际需求进行增减，仅需要将第一脉冲激光器106出射的激光光束反射至光栅110即可。
[0053]
可选的，第一非线性晶体113包括铌酸锂晶体。本实施例中，太赫兹辐射重复频率为1khz，亚皮秒脉冲宽度，脉冲能量为0.23mj/cm2，光谱范围为0.2-1.5thz。经过铌酸锂晶体激发形成太赫兹光束，铌酸锂晶体激发的太赫兹光束以较小的发射角垂直于晶体表面射出，将太赫兹光束近似看作是发散角较小的点源。
[0054]
多个滤波器124可以为多个滤波片，当第一非线性晶体113激发形成太赫兹光束之后经过不同的滤波器124，滤除不能通过滤波器124波长的太赫兹光束，通过与滤波器124波长相同的太赫兹光束。根据需求，可以在多个滤波器124中进行选择，从而实现太赫兹光束的波长的可调谐。
[0055]
处理模块103可以包括数据采集卡，数据采集卡可以为示波器等采集装置，处理模块103与超声探测模块102模块连接，用于获取电信号，示例性的，图2中还示出处理模块103与第一脉冲激光器106连接，可以用于信号同步等功能。
[0056]
可选的，继续参考图2，太赫兹光声检测装置100还包括抛物面镜组300，抛物面镜组300用于将光源模块101输出的太赫兹光束聚焦至待测样品105。
[0057]
其中，抛物面镜组300可以包括第一抛物面镜114和第二抛物面镜115，多个滤波器124位于第一抛物面镜114和第二抛物面镜115之间，第一非线性晶体113激发的太赫兹光束经过第一抛物面镜114准直之后入射至滤波器124，经过滤波器124之后，入射至第二抛物面镜115，经第二抛物面镜115聚焦入射至待测样品105。
[0058]
本实施例中，第一抛物面镜pm1＝101.6mm，第二抛物面镜pm2＝50.8mm，两个抛物面镜共焦放置，其优点是不会产生像差和滤波，在第二抛物面镜115后焦点处将太赫兹光束压缩为第一非线性晶体113表面输出时的二分之一，约为1.5mm。在其他实施例中，可以使用其他数量的抛物面镜，或者使用其他聚焦镜组实现太赫兹光束的聚焦，本发明实施例对此不作限定。
[0059]
图3是本发明实施例提供的又一种太赫兹光声检测装置的结构示意图。参考图3，光源模块101还包括泵浦光过滤器400，泵浦光过滤器400位于第一非线性晶体113的输出
端，用于遮挡第一脉冲激光器106输出的脉冲激光，透射第一非线性晶体113输出的太赫兹光束。其中，泵浦光过滤器400可以为硅片。通过硅片的添加，使得第一非线性晶体113输出的太赫兹光束中不包括第一脉冲激光器106输出的泵浦激光，太赫兹光束中杂质光束更少，对最终的光谱获取精准度更高。
[0060]
图4是本发明实施例提供的又一种太赫兹光声检测装置的结构示意图。参考图4，光源模块101还包括第三脉冲激光器116，第三脉冲激光器116用于出射紫外脉冲激光，紫外脉冲激光与太赫兹光束共同入射至待测样品105。
[0061]
本实施例中，第三脉冲激光器116输出的中心波长为266nm，频率1hz-1khz，平均功率93.4mw/1khz，脉冲宽度4.6ns/1khz。
[0062]
待测样品105在太赫兹波段存在特殊吸收光谱；利用太赫兹脉冲光束激发待测样品105；待测样品105温度升高；随之在热扩散约束时间内(100-500ns)利用紫外脉冲激光激发待测样品105(脉冲之间延时可由延时器控制紫外激光外部触发来实现)；收集紫外脉冲产生的光声信号；这样利用了太赫兹波段的样品吸收特性，增强光声信号；同时利用了聚焦紫外脉冲激光的分辨率(～266nm)，有利于实现单纯太赫兹脉冲激光无法达到的高分辨率光声成像。进而，在添加第三脉冲激光器116之后，最终获取的待测样品105的吸收光谱的精确度更高。
[0063]
图5是本发明实施例提供的又一种太赫兹光声检测装置的结构示意图。参考图5，光源模块101包括第二脉冲激光器106
′
、望远镜组117、可变光阑118、第一平行平面镜119、第二非线性晶体120、第二平行平面镜121和旋转台(图5中未示出)；第二脉冲激光器106
′
输出的脉冲激光依次经过望远镜组117、可变光阑118入射至由第一平行平面镜119、第二非线性晶体120和第二平行平面镜121组成的光学参量振荡腔中，旋转台用于带动第二非线性晶体120旋转，以输出波长可调谐的太赫兹光束。
[0064]
可选的，第二非线性晶体120包括近化学计量比铌酸锂晶体。该光源模块101用于产生太赫兹强场系统(太赫兹辐射重复频率为10hz，连续调谐输出范围为1.16thz-4.64thz)。除此之外，光源模块101还可以采用基于其他产生机制的太赫兹强场系统，例如有机晶体光整流、红外激光差频、激光驱动固体等离子体等，具体实施时可以根据实际情况选择。
[0065]
其中，第一平行平面镜119和第二平行平面镜121为斯托克斯光腔镜，第一平行平面镜119和第二平行平面镜121是利用镀膜为高透高反的平面镜形成，第一平行平面镜119和第二平行平面镜121平行于非线性晶体120的侧面，非线性晶体120的底角为65度，为等腰梯形，由近化学计量比铌酸锂晶体构成。第一平行平面镜119、第二平行平面镜121和非线性晶体120形成光学参量振荡腔，第二脉冲激光器106
′
输出的脉冲激光基于受激电磁耦子散射作用产生斯托克斯光和太赫兹光。该方式产生的太赫兹光稳定性较好。
[0066]
图6是本发明实施例提供的又一种太赫兹光声检测装置的结构示意图。参考图6，光源模块101还包括第三脉冲激光器116，第三脉冲激光器116用于出射紫外脉冲激光，紫外脉冲激光与太赫兹光束共同入射至待测样品105。其中，该实施例有利于提升最终的光谱精度。
[0067]
可以理解的是，在图5和图6所示的光源模块101中，在第二非线性晶体120的输出端也可以添加泵浦光过滤器400(图5和图6中未示出)，从而滤除第二脉冲激光器106
′
出射
的激光光束。
[0068]
图7是本发明实施例提供的一种太赫兹光声检测方法流程示意图图。参考图7，该检测方法可以由上述实施例提供的任意一种太赫兹光声检测装置执行，包括：
[0069]
s101，光源模块输出波长可调谐的太赫兹光束，太赫兹光束入射至待测样品，经过待测样品之后，形成光声信号；
[0070]
s102，超声探测模块接收光声信号，并将光声信号转换为电信号；
[0071]
s103，处理模块根据电信号获取待测样品中的吸收光谱；
[0072]
其中，温控模块调整待测样品的温度，光源模块调谐太赫兹光束的波长，实现多光谱不同温度的待测样品吸收光谱检测。
[0073]
具体的，待测样品可以为富水样品，富水样品为富水生物样品，富水生物样品中包含生物分子信息，其中，生物分子信息可以为蛋白质分子、dna分子以及糖分子等生物分子信息中的至少一种。
[0074]
基于初始声压公式，对于未知的物质，改变太赫兹照射波长，首先测定不同波长时的光源功率pa(λ1)、pa(λ2)、
…
、pa(λn)；放入待测样品，检测待测样品的光声信号，假设探测不同波长时得到基于太赫兹光声信号分别为p0(λ1)、p0(λ2)、
…
、p0(λn)。然后利用其结果作归一化处理，p0(λn)/pa(λn)之比既可得到待测样品的吸收系数的波长分布，即得到了待测样品的吸收光谱μa(λ)。
[0075]
其中，待测样品的准备过程如下：太赫兹光声检测装置包括微流控芯片、蠕动泵、硅胶软管、样品架，微流控芯片与蠕动泵之间通过硅胶软管连接，蠕动泵将待测样品通过硅胶软管输送至微流控芯片，微流控芯片固定在样品架的小孔中心，样品架的小孔用于通过光源模块出射的光束。
[0076]
首先通过针管将第一个待测样品溶液注射到定制的微流控芯片内，过程中要避免气泡的产生。其次将温控模块和微流控芯片紧密结合。最后通过硅胶软管将蠕动泵与微流控芯片连接。
[0077]
装置调节过程：放置带有小孔的样品架，小孔尺寸略小于太赫兹光斑的大小，调节小孔和超声探测模块的相对位置，将探测光路信号调至最佳状态。然后，将封存液体的微流控芯片固定在小孔中心，芯片探测面粘贴金属胶后，涂抹超声耦合剂连接超声探测模块(超声探头)和处理模块(放大器、示波器)。完成后，打开示波器，调节超声探测模块与待测样品的相对位置，至示波器显示波形最佳且稳定后，固定超声探测模块。
[0078]
测量过程：观察示波器波形，保存常温下第一组滤波片下待测样品的太赫兹光声信号；随后改变待测样品温度，保存不同温度下的此波段太赫兹光声下待测样品的太赫兹光声光谱；然后，通过旋转改至第二组滤波片，重复上述过程，记录此波段下不同温度的光声信号
……
重复测量过程直至最后一组滤波片。通过蠕动泵更换下一待测样品，重复上述测量过程。进而得到不同波段下不同温度下的待测样品的太赫兹光声信号，经过归一化处理，得到该待测样品的不同波段下不同温度下的太赫兹光声光谱。
[0079]
图8是本发明实施例提供的又一种太赫兹光声检测装置的结构示意图。参考图8，本实施例提供的太赫兹光声检测装置100还包括扫描平移台122，扫描平移台122用于带动待测样品105进行逐点二维扫描；处理模块103用于根据待测样品105的逐点二维扫描信息获取待测样品105的光声成像。
[0080]
可以理解的是，水的强吸收严重限制太赫兹技术应用于水溶液、生物组织等富水样品中其他目标生物分子的信息提取，而通过抑制水的太赫兹光声信号能实现水溶液中其他目标分子的高灵敏度检测，提取目标物质的有效吸收信息；对生物组织的光声光谱进行检测，检测到的是生物组织吸收光能无辐射退激发产生的能量，也就是直接对吸收进行检测，更能反应出生物组织的光谱特性。
[0081]
另外，在前一实施例的基础上，即在获取待测样品的太赫兹光声光谱之后，可以判断该待测样品中的生物分子在太赫兹哪个频段下以及哪个温度下吸收明显，进而可以使用该频段的太赫兹光照射待测样品，以及调整待测样品的温度在该温度下，可以获取待测样品中溶质的清晰光声成像，其中太赫兹光束作为光源激发样品产生光声信号，可以实现约100μm的成像分辨率。
[0082]
图9是本发明实施例提供的另一种的太赫兹光声检测方法流程图。参考图9，该方法适用于图8所示的太赫兹光声检测装置，该检测方法包括：
[0083]
s201，扫描平移台带动待测样品进行逐点二维扫描；
[0084]
s202，处理模块根据待测样品的逐点二维扫描信息获取待测样品的光声成像。
[0085]
下面详细介绍光声成像实施例的工作原理。
[0086]
参考图8，该装置100还包括固定待测样品的框架123，框架123固定于扫描平移台122上，框架123底部设有通孔，并放置有滤光片(可以为硅片)，待测样品105放置在滤光片上方，框架123上还设置有两套可调压片压簧，两套可调压片压簧用于固定待测样品105；扫描平移台122带动待测样品105移动，使得光源模块101出射的光束逐点二维扫描待测样品105；温控模块104位于待测样品105上。
[0087]
本实施例中，该太赫兹光声检测装置100采用透射式结构，即光源模块101出射的光束自下而上射入待测样品105，超声探测模块102在待测样品105上方接收待测样品105的超声信号。框架123中承载薄、厚切片状待测样品105，且易于固定和取出，可以保证水等耦合剂的装入，且不渗入待测样品105，以免干扰光强，整个框架能够进行升、降温控制且保持低震动。本示例中采用轻便导冷的铝材制作框架123，铝材中开孔且放置对应波段的滤光片，在通光的同时能够直接放置待测样品105。框架123中设置有两套可调压片压簧，以便用不同松紧程度固定不同样品，且方便测量完毕后取出待测样品105，为了让耦合剂不渗入待测样品105和光之间，待测样品105上表面可以兜一层超声透明的保鲜膜并装入液体，保证超声探测模块102与待测样品105的耦合。
[0088]
扫描平移台122带动框架123以光栅扫描的形式进行逐点扫描。二维扫描平移台采用pi公司的l509线性平移台，采集卡采用gagerazor14(采样频率200mhz，14位转换精度)。成像扫描的程序控制采用labview编写。系统扫描模式可分为慢扫模式和快扫模式。在慢扫模式中，扫描平移台122以固定步进(如50μm)进行移动，每次步进后处理模块103启动，重复采集n条a线后平均，再步进到下一位点，直到整个扫描范围采集完毕。一般慢扫得到的信号较为稳定且信噪比高。在快扫模式中，两轴平移台分别工作在快轴模式和慢轴模式，快轴平移台做连续不间断的移动(如从0mm移动到10mm处)，在快轴移动的过程中，处理模块103在激光器的外触发下等时间间隔地采集光声信号，同时labview实时访问平移台的位置信息。当快轴运动结束，慢轴步进移动(如50μm)，快轴又做连续不断的移动。不断重复以上过程，达到快速扫描的目的，该快扫模式扫描速度快。
[0089]
具体地，慢扫模式过程如下：
[0090]
step1：扫描平移台移动至(x，y)；
[0091]
step2：光源模块激发光出光，同时电路触发处理模块。太赫兹光束照射待测样品，产生光声信号，被超声探测模块接收，处理模块采集并转化为数字信号，记为(x，y)的一串aline；
[0092]
step3：对该串aline光声信号加时间窗，并计算其窗内的峰峰值vpp，作为强度i(x,y)；
[0093]
step4：扫描平移台以步进间隔50μm移动至下一位点(x，y)，回到step2，直到扫描完整个矩形区域，进入step5；
[0094]
step5：将i(x,y)组成一张n*n图像，其中n*n代表扫描位点的数量。
[0095]
具体地，快扫模式过程如下：
[0096]
step1：扫描平移台移动至起始点(x0，y0)；
[0097]
step2：设定x扫描平移台(快扫轴)的速度和移动终点(x1，y0)，打开激光器，出光，扫描平移台开始移动，启动处理模块；其中处理模块包括采集卡(图8中126标号所示)和放大器(如图8中125标号所示)；
[0098]
step3：处理模块在x扫描平移台移动到终点的过程中，在激光器1khz的脉冲重复频率下，1s采集1k个aline，和对应aline的具体坐标(xi，yi)，直到x扫描平移台停止移动。
[0099]
step4：y扫描平移台移动50μm，回到步骤step2。(此时设定的终点相当于x扫描平移台往回移动)。直到y扫描平移台移动到设定的目标位点，进入step5；
[0100]
step5：对以上采集到的aline计算峰峰值vpp，并对应其位点坐标，得到数据集(xi，yi，vpp)(注意，与慢扫不同的是，快扫的各个点位(xi，yi)之间不是等间隔的)，进行插值，得到最后的插值图像。
[0101]
最后，采用线性插值和最大振幅投影算法获取富水生物样品中生物分子的图像，其中的计算函数为边缘扩散函数和线扩散函数。由于获取的信号中含有高频噪声，一般采用巴特沃斯滤波器，对信号进行带通滤波，以超声探测模块102的频率特性作为滤波器的参数，滤除高频噪声。构建重建网格，利用电信号的峰峰值(vpp)与对应的位置(x，y)进行线性插值即可得到最大振幅投影图。由于使用了4℃消音控制，得到的成像图即为与水无关的基于太赫兹光声成像图。
[0102]
根据本发明的一个实施例，温控模块104用于调整待测样品105的温度，比如说可以将水的温度控制在4℃。
[0103]
由于水在4℃时，弹性系数为0，导致其出现“消音”现象，即吸收脉冲激光能量后无光声信号出现。因此在框架123中加入温控模块104且保持于4℃，有利于让待测样品105中的水“消音”，从而让其他重要的生物分子的光声信号信噪比增大，以此解决太赫兹测非水分子的难题。参考图8，温控模块104包括温度传感器1041、温控片1042和温控器1043，温控片1042采用tec12706，温度传感器1041采用薄膜探头，控制算法采用pid调节算法，控制精度达0.1℃。为保证温控片的制冷效果、成像时的冷却振动尽量小，温控片采用循环水冷的方式制冷，将温控片的热端以接近0振动的方式将热量带走。
[0104]
温控模块可以用于调整待测样品的温度，比如将待测样品的温度控制在4℃，可以抑制水的光声信号，并且紫外光脉冲激光器可以进一步消除水的光声信号，使得最终得到
的几乎是与水分子无关的目标检测分子的光声图像和光声光谱，解决了水的强吸收信号往往会淹没目标生物分子发出的微弱信号的问题，扩展了太赫兹辐射在生命科学中的进一步应用。
[0105]
本发明实施例提供的太赫兹光声检测装置中，超声探测模块102为聚焦超声探测器。
[0106]
综上所述，根据本发明实施例提供的太赫兹光声检测方法，其中，装置包括光源模块、超声探测模块、处理模块和温控模块，光源模块用于输出波长可调谐的太赫兹光束，太赫兹光束入射至待测样品，经过待测样品之后，形成光声信号，由光信号检测转换为对声信号的探测，降低成本；温控模块用于调整待测样品的温度，可以实现探测灵敏度的调节；超声探测模块用于接收光声信号，并将光声信号转换为电信号；处理模块与超声探测模块连接，处理模块用于根据电信号获取待测样品中的吸收光谱。以实现太赫兹技术和光声技术的融合，获取富水样品中目标检测物的太赫兹特征吸收信息以及投影图像，扩展了太赫兹辐射在生命科学中的进一步应用。
[0107]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。