基于太赫兹时域光谱的壁画信息提取的可行性研究

采用太赫兹时域光谱技术对传统中国壁画的部分制作流程进行了分析,获得了壁画制作每个流程的太赫兹时域反射谱。研究了传统中国壁画在0.2～1.0 THz频率范围内的太赫兹光谱特性,得到了其在室温环境下的太赫兹吸收谱和折射率。结果表明,各样品的折射率平均值和吸收系数的峰值频率差异显著。研究结果能为太赫兹时域光谱技术在壁画信息提取领域的应用提供参考。     

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。     

太赫兹时域光谱技术用于药品检测

为研究太赫兹光谱技术用于药品检测的可行性,利用自行搭建的时间扫描太赫兹时域光谱系统对3种不同厂家生产的阿莫西林胶囊进行了测试。测试结果表明,尽管与文献上在氮气环境中获得的结果存在一定差异,但3种样品在太赫兹波段仍然显示出了明显的特征吸收,且不同厂家的药品在吸收峰位置、强度以及折射率谱等方面均有所差别。研究结果证实了太赫兹光谱技术在青霉素类药品的质量监控及在线检测等方面具有广阔的应用前景。     

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。     

4种三维打印材料的太赫兹光谱特性检测与分析

对常用的4种三维(3D)打印材料进行了太赫兹光谱检测与分析。实验结果表明:4种3D打印材料在0.20～2.60 THz范围内差异明显,其中3D打印聚碳酸酯材料对太赫兹光的透过率最高;4种材料的折射率在1.45～1.65之间,光敏树脂的折射率最大,在1.62左右;4种材料的介电常数实部在2.20～2.75之间,虚部在0.05～0.35之间;从吸收谱上看,4种材料都没有吸收峰并且吸收较小。该研究为利用3D打印材料制作太赫兹器件的材料选取提供了重要的参考。     

低温下手性糖类的太赫兹吸收光谱和手性光谱

糖类是典型的手性物质,其在太赫兹波段的手性光谱尚未得到充分研究。本文研究了乳糖、半乳糖、葡萄糖3种糖类在低温和常温下的折射率和吸收谱,并通过太赫兹时域偏振光谱检测,获得了这些样品的手性光谱。实验结果显示,糖类吸收会随着温度降低而减弱,低温下有利于获得样品的手性特征;在80 K温度下,葡萄糖在1.3~1.5 THz频段表现出很强的圆二色性(CD),在1.39 THz处CD谱峰值达到44.97%;在1.6~1.8 THz频段内,3种糖类都具有特定的手性特征峰,CD值均超过20%。研究结果对进一步认识手性生化样品在太赫兹波段的手性光谱及其内在机制具有重要参考价值。     

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.     

太赫兹时域光谱反射式层析成像技术

改性聚丙烯（PP）材料由于其阻燃、高抗冲性能等特点被广泛应用在汽车仪表板、保险杠等汽车配件中,采用无损探伤技术对改性PP材料进行检测是汽车配件质量保证的必要手段。搭建了透射式太赫兹时域光谱系统及反射式太赫兹时域光谱成像系统,采用透射式THz-TDS系统对改性PP材料的光学参数进行了检测,测定了该材料在太赫兹波段的折射率,其数值为1.53。设计了一种改性PP材料平底洞样品,采用反射式THz-TDS成像系统对其进行成像,采用了反卷积滤波技术对THz信号进行处理,提高了信号的信噪比,提出了一种基于飞行时间的太赫兹时域光谱层析成像技术,采用已测定的改性PP材料的折射率,通过飞行时间层析成像技术对该样品的太赫兹检测结果进行了三维重构,厚度测量精度为0.01mm。     

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。     

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。     

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.     

Growth,X-ray peak broadening studies,and optical properties of Mg-doped ZnO nanoparticles

Undoped and Mg-doped ZnO nanoparticles (NPs) (Zn_1?xMg_xO, x=0.01, 0.03, and 0.05) were grown by the sol–gel method. X-ray results showed that the products were crystalline with a hexagonal wurtzite phase. Microscopy studies revealed that the undoped ZnO NPs and Zn_1?xMg_xO NPs had nearly spherical and hexagonal shapes. The size–strain plot (SSP) method was used to study the individual contributions of crystallite sizes and lattice strain on the peak broadening of the undoped and Mg-doped ZnO NPs. Some physical parameters such as strain, stress, and energy-density values were calculated for all reflection peaks of the XRD corresponding to the wurtzite hexagonal phase of ZnO in the 20–100° range from the SSP results. The effect of doping on the band-gap was also investigated by a photoluminescence (PL) spectrometer. The PL results showed that Mg²⁺ is a good dopant to control band gap of the ZnO properties.     

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。     

THz Induced Nonlinear Effects in Materials at Intensities above 26 GW/cm<Superscript>2</Superscript>

Nonlinear refractive index and absorption coefficient are measured for common semiconductor material such as silicon and organic molecule such as lactose in the terahertz (THz) spectral regime extending from 0.1 to 3 THz. Terahertz pulses with field strengths in excess of 4.4 MV/cm have been employed. Transmittance and the transmitted spectrum were measured with Z-scan and single shot noncollinear electro-optic pump-probe techniques. The THz-induced change in the refractive index (Δn) shows frequency-dependence and a maximum change of \(-~0.128\) at 1.37 THz in lactose and up to \(+~0.169\) at 0.15 THz in silicon was measured for a peak incident THz intensity of 26 GW/cm². Furthermore, the refractive index variation shows a quadratic dependence on the incident THz field, implying the dominance of third-order nonlinearity.     

Characterization of Micro-Powders for the Fabrication of Compression Molded THz Lenses

We investigate different micro-powders that can be used as base materials for THz lenses fabricated by compression molding. For this application materials with a very weak THz absorbance and low dispersion are required. By measuring the THz absorption coefficient and refractive index of pellets pressed from the different micro-powders, we identify several materials that are well suited for the fabrication of compression molded THz lenses (CMLs). In addition, a considerable range of the refractive index is covered by the samples, which will allow for the fabrication of CMLs with different focal lengths for one and the same lens design.     

垂直双空芯宽带太赫兹偏振分离器

针对太赫兹波的特点,利用折射率匹配耦合原理,设计了一种垂直双空芯结构的偏振分离器件。与传统的分离器件相比,它具有以下优点:（1）双芯折射率匹配度高,使得对应的偏振模式所需要的分离长度很短;（2）采用双空气纤芯结构,降低材料对太赫兹波的吸收损耗;（3）通过设计,令其发生耦合的两个纤芯相互垂直,从而使y偏振模的折射率曲线部分重合,大大扩展了工作带宽的范围,其工作带宽达到了0.17 THz。此外,由于器件结构简单对称,降低了光纤的设计和制备难度,使其在太赫兹网络中具有很高的应用价值。     

Cobalt-Based Ferrites Characterization Using Two Different Terahertz Time-Domain Spectrometers

We report an experimental study of the electrical properties of manganese cobalt (MnCo) and nickel cobalt (NiCo) ferrites in the terahertz (THz) frequency band. The study is motivated by the potential of MnCo, NiCo, and other magnetic ceramics for the fabrication of active and passive devices for THz wave communications. Using two different terahertz (THz) time-domain spectroscopy systems, we characterized the optical constants of cobalt ferrites doped with manganese and nickel in the technologically important 0.2–1 THz frequency band. The MnCo and NiCo ferrites investigated in our study exhibit a lower refractive index and absorption coefficient in the 0.2–1 THz frequency band than commercial strontium ferrite. We observed that using different valency ion oxide leads to a sudden change of the refractive index as a function of sample stoichiometries. Our experimental results provide evidence that microwave ferrite technology can be extended to the THz frequency band.