不同极性聚合物材料的THz-TDS光谱测量研究

为探讨聚合物分子的极性对其介电性质的影响,采用太赫兹时域光谱研究了5种聚合物材料,高密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮在太赫兹波段的吸收色散性质,并尝试采用De-bye模型对实验结果进行了理论分析.研究发现,聚合物的偶极弛豫运动随极性的增强而加剧,导致吸收系数(α)、介电常数虚部(ε")和弛豫强度(△ε)均随之增大;由于弛豫运动受介质阻尼的影响落后于太赫兹电场的周期性变化,折射率(n)和介电常数实部(ε')呈现反常的色散现象,即n和ε随频率的增大而降低;Debye模拟结果还表明弛豫时间(T)随偶极子尺寸的增大和分子刚性的增强而显著增大.     

角反射器在太赫兹波段的散射特性研究

太赫兹雷达散射特性的研究对于目标识别、跟踪以及截获有重要意义.设计了0.22 THz频率步进雷达散射截面(Radar Cross section,RCS)测量系统,提出了针对频率步进太赫兹雷达信号体制下,角反射器RCS的提取方法.采用实验与仿真相结合的方式,得到了单个角反射器和角反射器组在4°范围内的太赫兹雷达散射截面.结果表明,角反射器类目标的RCS实验测量结果与理论计算结果在误差范围内一致性较好,为进一步精确测量目标在太赫兹波段的散射特性奠定了研究基础.     

0.1 THz辐射对大鼠海马神经元兴奋性的影响

采用频率为0.1 THz、功率密度为2.65 mW/cm2的太赫兹光源分别辐射SD大鼠海马神经元5,15,25 min,通过神经元膜电位的变化,研究了太赫兹辐射对海马神经元兴奋性的影响,结果发现,15 min和25 min的太赫兹辐射会显著诱发海马神经元去极化,从而提高其兴奋性。为了探究太赫兹辐射提高神经元兴奋性的原因,检测了神经元内Ca^2+、Na^+和K+浓度的变化,结果表明,此辐射使海马神经元内Ca^2+、Na^+浓度增加,K+浓度减小。研究证实了太赫兹辐射(0.1 THz,2.65 mW/cm^2)通过调节海马神经元内带电离子的浓度促使其兴奋,为太赫兹辐射技术在生物医学领域应用的发展奠定了前期实验基础。     

石英玻璃太赫兹光学参数测量的误差分析

测量液体或气体样品的太赫兹光学参数时,常采用石英玻璃作为容器,因此在计算样品的折射率和吸收率时需要考虑石英玻璃太赫兹光学参数的影响。文中利用太赫兹时域谱技术测量了石英玻璃的太赫兹时域光谱,根据测量模型计算了太赫兹波段的折射率和吸收率,并利用误差传播理论分析了这些光学参数的误差。结果发现折射率误差在0.2~2.0 THz范围内基本保持不变,而吸收率误差则随频率增大而呈指数增大。这对于提高测量石英玻璃容器中的气体及液体样品太赫兹光学参数的准确性具有重要价值。     

太赫兹雷达RCS测量中的分时定标技术

太赫兹频段的目标散射特性测量技术是当前太赫兹雷达的重要研究方向,其中系统定标技术决定了雷达散射截面积(RCS)测量结果的准确性。使用基于微波倍频源的太赫兹宽带雷达目标散射特性测量系统,该系统由微波源经倍频后,中心频率达到440 GHz,带宽达25.6 GHz。利用光滑表面金属球为标准体,采用分时定标技术对太赫兹雷达系统进行定标,再对金属材质的战斗机模型和吉普车模型进行近场RCS测量实验,获得以上2种典型人造目标的近场RCS测量结果。测试结果与理论趋势符合良好,证明了太赫兹雷达系统RCS测量中分时定标技术的有效性。     

InSb光电导太赫兹辐射理论研究

为了研究锑化铟(InSb)半导体材料的光电导太赫兹辐射过程,推导了太赫兹近场辐射公式。在考虑俄歇弛豫机制对光电导过程影响的情况下,分析了InSb光生载流子浓度、载流子散射率以及光电导表面反射率随时间的变化。结果表明,数值模拟与文献中的实验曲线变化趋势一致,计算结果吻合,证明了该研究方法的正确性。     

纸太赫兹半波片的制作和测试

采用普通的打印纸经过简单工艺制作出纸太赫兹半波片。使用太赫兹时域光谱(THzTDS)技术,测量了纸波片在200 GHz~400 GHz的折射率、吸收系数、频谱、消光比、参数C等光学特性随纸波片取向的变化关系,将实验结果与理论分析相结合,发现该纸波片是对频率为282.5 GHz的半波片。     

太赫兹光谱分析中用误差理论确定样品厚度的研究

太赫兹（1 THz=1012 Hz）时域光谱作为一种新型的光谱探测技术,被广泛用来研究各种材料在远红外频谱范围内的光学特性。在太赫兹透射光谱分析中,多数情况下需要知道被测样品的厚度,才能准确提取样品的光学参数。然而,有些样品的厚度不宜测量准确甚至不能直接测量。文中介绍和讨论了利用误差理论给出了准确确定样品厚度的同时提取样品的太赫兹波段光学参数的方法,该方法可以广泛应用于该类样品的太赫兹透射谱分析过程。     

基于太赫兹时域光谱的半导体材料参数测量

根据太赫兹时域光谱系统(TDS)的测量原理,提出了一个考虑F-P效应的半导体材料参数测量方案.利用该方案可以在时域波形中,截取多个反射回峰,以提高材料参数提取的精确度.另外,考虑到多重反射对样品厚度的准确性要求较高,提出了一种有效的厚度优化方法.以GaAs为待测样品,利用上述方法精确提取了其折射率与消光系数谱.并采用返波振荡器(BWO)作为太赫兹辐射源对相同样品进行测量,有效的验证了使用TDS系统对半导体材料参数测量的准确性.     

单壁纳米管薄膜在THz波段的电导性质

利用有效介质模型,理论上计算了单壁纳米管薄膜的太赫兹(THz)波段的光导.理论的计算解释了最近的实验结果并发现了纳米管薄膜的电导随入射光频率增加而减小.同时也计算了不同填充因子下单壁纳米管薄膜材料在太赫兹波段的电导函数曲线.     

导电聚苯胺在太赫兹波段的光电性能研究

导电聚苯胺是一种掺杂高分子半导体,内部含有大量的自由载流子,同时含有大量被束缚的载流子。本文利用太赫兹时域光谱装置测量了不同电导率的聚苯胺在0.3～2.8 THz的光谱特性,得到了其在太赫兹波段的吸收系数、折射率和介电常数等光电参数。研究了电导率对其吸收系数、折射率和介电常数的影响,对半导体材料中载流子与太赫兹波的相互作用的研究具有重要意义。     

氧化镁单晶在太赫兹波段的介电特性

利用太赫兹时域光谱系统,在0.5~9.5 THz范围内对氧化镁单晶基片的介电特性进行了研究,并获得折射率、吸收系数以及复介电函数信息。实验数据表明,在低频（ 2 THz）范围内,氧化镁单晶透过性较好,折射率在3.12~3.15之间。折射率和吸收系数均随频率增加而增大,且在3.16 THz和8.11 THz两处存在明显的吸收峰。通过经典的赝简谐振动理论很好地拟合了实验结果,分析了晶体中的横向光学声子振动模式,为氧化镁单晶在宽带太赫兹波段的应用提供了有益参考。     

不等光程法太赫兹波段材料光学参数的精确测量

近20年,太赫兹科学技术发展迅速,太赫兹波与物质之间的相互作用成为研究热点。理论推导并实验验证了一种提高太赫兹波段材料折射率、吸收系数等参数测量精度的方法。以两种厚度的高密度聚乙烯板（3.5 mm、5.0 mm）为样品,将不等光程测量法与常规太赫兹时域光谱测量方法进行比较,分别获得了0.5~2.5 THz频率范围的高密度聚乙烯的折射率和吸收系数,结果显示两种方法测量样品的折射率和吸收系数有较大的差异。常规法和不等光程法得到的折射率分别为1.505和1.483。常规法在1.465 THz附近出现一个峰值,而不等光程法得到的吸收系数在1.166 THz和2.431 THz出现特征吸收峰。证明不等光程法能更加精确提取材料光学参数,并可以揭示常规方法无法测得的材料特征吸收峰,为太赫兹波段精确测量材料光学参数提供了新的方法。     

利用太赫兹时域光谱技术检测水和氯化钠溶液

太赫兹电磁波谱与液体分子的转动和振动能量对应,适合研究液体分子的动力学信息。水和氯化钠广泛存在于生物组织中,也是生命的重要组成部分。太赫兹时域光谱技术被广泛应用于液体检测,通过分析溶液中物质内部结构以及分子微观运动状态,在0.2~1.5 THz频率下,可以得到物质的吸收系数、折射率以及介电函数等。利用德拜模型模拟实验结果得到水溶液、氯化钠溶液的介电函数以及弛豫时间,可得到水和氯化钠溶液分子快速移动的特征时间分别为9.6 ps和10.7 ps,并获得了与分子结构相关的动力学信息。     

太赫兹频率下镁掺杂对氧化锌纳米粉体介电性能的影响

利用偶极天线LT-GaAs发射的太赫兹时域光谱(THz-TDS)研究单晶氧化锌、未掺杂和Mg掺杂的ZnO纳米粉末(粒子)在室温下的太赫兹光谱特性。在0.2~2 THz频率范围内研究了样品的功率吸收和折射率。结果发现,镁掺杂提高了样品材料的吸收效率,同时降低了氧化锌材料的折射率。相比较氧化锌单晶,未掺杂和Mg掺杂氧化锌纳米颗粒的太赫兹介电性质呈现类似的行为,该结果与横向光学E1(TO)声子模式有关。     

Tunable Terahertz Device Using Refractive Index Control

We measured the thermal dependencies of the refractive index and the absorption coefficient of high-resistivity silicon. We found that the refractive index varied slightly with temperature, and the absorption coefficient was very low and remained approximately constant as the temperature was changed. As a result, the conditions for terahertz propagation in silicon could be controlled by changing the refractive index without any absorption loss. As one application of this effect, we developed a terahertz time delay generator that can generate a terahertz time delay by changing the temperature of the medium through which the terahertz beam passes, without the need for any mechanical delay. We demonstrated generation of a terahertz time delay of approximately 6.6 ps.     

Study of optical and dielectric properties of annealed ZnO nanoparticles in the terahertz regime

The frequency-dependent optical and dielectric properties of annealed ZnO nanoparticles in the range of 0.1 to 0.9 THz are studied by using terahertz time-domain spectroscopy（THz-TDS）.The refractive index,power absorption and complex dielectric constants are obtained and the experimental results are well fit with a simple effective medium theory in conjunction with a pseudo-harmonic model.This study reveals that annealed ZnO nanoparticles exhibit the similar phonon response characteristics to the single ZnO crystal and other ZnO nanostructures,such as tetrapods and nanowires.     

Index of Refraction and Absorption Coefficient Spectra of Paratellurite in the Terahertz Region

Index of refraction and absorption coefficient spectra of pure paratellurite (α-TeO₂) crystal as a potential material for terahertz (THz) applications were determined in the 0.25–2 THz frequency range at room temperature by THz time domain spectroscopy (THz-TDS). The investigation was performed with beam polarization both parallel (extraordinary polarization) and perpendicular (ordinary polarization) to the optical axis [001] of the crystal. Similarly to the visible spectral range, positive birefringence was observed in the THz range as well. It was shown that the values of the refractive index for extraordinary polarization are higher and show significantly larger dispersion than for the ordinary one. The absorption coefficient values are also larger for extraordinary polarization. The measured values were fitted by theoretical curves derived from the complex dielectric function containing independent terms of Lorentz oscillators due to phonon-polariton resonances. The results are compared with earlier publications, and the observed significant discrepancies are discussed.     

太赫兹波对肠黏液的光谱检测

主要利用太赫兹时域光谱技术对人体正常肠组织表面黏液与癌变肠组织表面黏液进行检测.分别获得了不同样品在0.2 THz～0.8 THz波段的吸收系数和折射率.研究发现,新鲜正常肠组织表面黏液的太赫兹吸收与水的吸收接近,这提示水的贡献是主要的.同时,癌变肠组织表面黏液在吸收系数和折射率强度上普遍比正常肠组织表面黏液样品高,这表明该技术在癌组织检测中具有潜在的应用.研究结果表明,太赫兹时域光谱技术在生物组织检测和临床医学如肿瘤疾病诊断方面具有广泛的应用前景.     

太赫兹波对肾癌组织的光谱检测

利用太赫兹光谱技术,对人肾癌组织进行检测,分别比较了肿瘤组织和肿瘤旁正常组织对太赫兹波的响应。通过对新鲜含水和经冷冻真空脱水组织的测量分析,分别获得了不同样品在0.2~1.2 THz波段的吸收系数和折射率。结果显示,生物组织中含水量对太赫兹波吸收信号强度有很大的影响。同时,不同组织的细胞结构和成分也是影响太赫兹信号强度的重要因素。比如癌细胞和正常细胞的结构的不同,因此对太赫兹电磁波的吸收以及它们在太赫兹波段的折射率都有显著的不同。结果显示太赫兹光谱技术在生物组织检测和临床医学如肿瘤疾病诊断方面具有广阔的应用前景。