固体粉末的太赫兹折射率和吸收系数准确提取方法

为解决固体粉末类物质太赫兹折射率和吸收系数提取不准确的问题,采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术以聚乙烯(PE)与聚四氟乙烯(PTFE)为研究对象,分析一元和二元混合粉中孔隙率对光学参数提取的影响;以有效介质理论为基础,提出基于Landau-Lifshitz-Looyenga(LLL)模型的折射率和吸收系数提取方法。结果表明：经过LLL模型修正的PE和PTFE粉末的折射率与文献中报道热塑成型的PE和PTFE板一致,证实了LLL模型在固体粉末太赫兹光学参数计算应用中的有效性。研究成果可为固体粉末的太赫兹标准光谱数据库建设和物质定量识别等领域提供指导。     

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。     

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同时确定样品厚度和折射率

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术给人们提供了一种快速和准确地确定材料在太赫兹波段光学参数的工具。由于材料的厚度对其折射率的提取精度影响很大,而材料的厚度通常不能够准确地测量,为了避免测量厚度误差给确定光学参数结果带来的影响,发展能够同时确定样品的厚度和折射率的方法至关重要。由于材料内部的往返反射信号较弱,对Duvillaret等提出的方法在计算频段和迭代算法上进行了一些改进,使得计算结果更加准确,操作更加方便、快捷。并对两种典型材料聚乙烯和硅片的厚度和折射率进行了提取,以验证这种方法的有效性。     

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。     

基于太赫兹反射谱提取光学参数不确定度分析

利用太赫兹光谱技术计算物质的光学参数已成为各领域的研究重点。由于太赫兹系统以及算法提取过程依然存在缺陷,无法实现对物质光学参数的精确测量。为提高光学参数的测量准确度,对反射式太赫兹时域光谱系统进行全面的不确定度分析。首先分析了基于太赫兹反射时域光谱提取光学参数、折射率和消光系数的7种误差来源,并分别建立了折射率和消光系数的不确定度模型;然后,以葡萄糖多晶薄片样品为例,计算其在0.2~2.0 THz频段的折射率和消光系数的各种误差因素占综合不确定度的比例,总结误差因素对不确定度的贡献。其中,样品厚度测量的随机误差对折射率的影响最大,占总误差的80%;传递函数误差对消光系数的影响最大,占总误差的99%。最后,对减小折射率和消光系数的不确定度提出了建议,如采用自参考方法提取光学参数,采用智能优化算法对样品厚度和光学参数进行优化,修正Fabry-Perot效应等。     

基于太赫兹时域光谱的塑化剂定量分析北大核心CSCD

利用太赫兹时域光谱结合化学计量学对塑化剂定量检测技术进行了研究。提出了一种利用太赫兹透射光谱测量超薄液体样品光学常数的新方法。利用该方法,以一种典型塑化剂——邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为例,采用内径为200μm的比色皿作为样品载体测量了不同浓度DBP-无水乙醇和DBP-乙醇-水溶液在太赫兹波段下的折射率和吸收系数。结果表明随着DBP含量的增加,DBP-乙醇溶液和DBP-乙醇-水溶液在太赫兹波段(0.2~1.1THz)的光学参数随DBP浓度均呈有规律的变化。根据吸收系数面积、平均折射率相对DBP浓度变化曲线建立了未知溶液DBP含量的预测模型。该研究表明太赫兹时域光谱技术可能成为快速检测白酒等含乙醇饮料中塑化剂含量的新方法。     

太赫兹时域光谱技术用于准确快速地提取薄片的光学参数

由于太赫兹辐射能量低并且脉冲宽度窄（皮秒量级）,太赫兹时域光谱技术作为一种提取材料光学参数的新兴光谱分析手段具有无损伤和高时间分辨率的特点。法布里-珀罗震荡是透射模式太赫兹时域光谱提取薄片的光学参数的主要障碍。为了即时地滤除法布里-珀罗震荡以获得薄片准确的光学参数提出了一种可靠的方法。该方法为每一片测量样品实时地设计其独有的带阻滤波器以滤除叠加在折射率和吸收系数的初始值中的法布里-珀罗震荡。同时不同掺杂的硅片和氨基酸薄片的实验结果证实了该方法的可行性。     

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。     

Effect of electron beam evaporation process parameters on infrared refractive index of Ge film

Ge films were prepared at different deposition temperatures and ion source bias voltage using the electron beam evaporation. The infrared refractive index was obtained by spectral inversion. Results show that the refractive index becomes larger as the deposition temperature increases. The maximum refractive index at the wavelength of 4 000 nm is 4.274 with the deposition temperatures of 210 °C. The refractive index of film decreases first and then increases as the bias voltage increases. When the ion source bias voltage is 120 V, the refractive index of the film is the smallest. The difference in extinction coefficient of Ge films prepared by different process parameters is small.     

An intercomparison of measurement techniques for the determinationof the dielectric properties of solids at near millimetre wavelengths

The results of a measurement intercomparison aimed at assessing the systematic errors in near-millimetre-wavelength dielectric measurements on reasonably transparent solid specimens are presented and discussed. Various monochromatic, broad band, guided wave and free space measurement methods were intercompared in the frequency region from 30 to 900 GHz using round-robin measurements of the refractive index and absorption coefficient of seven specimens. Typically, systematic errors of up to 1% were found in the refractive index results, while very much larger systematic errors were found in the absorption results     

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.     

Optical absorption of un-implanted and implanted HgCdTe

Optical absorption coefficients of un-implanted and implanted HgCdTe have been measured in a range of temperatures and compositions. The index of refraction for photon energies larger than bandgap was obtained. With the measured index of refraction, large values of the optical absorption coefficient were extracted from measured transmission spectra. The obtained optical absorption coefficient agrees very well with the Kane’s model. The measured optical absorption coefficient at the bandgap linearly depends on temperature. Cutoff photon energy for highly n-type doped HgCdTe resulted from ion implantation of boron at 150 keV energy and with 1 × 10¹⁵ cm⁻² dose is larger than that for the un-implanted HgCdTe. The magnitude of the shift is consistent with the prediction of the theory of Moss-Burstein shift, using measured doping profile.     

气溶胶粒子等效复折射率的BP神经网络建模

利用改进的BP算法,结合Mie散射理论,建立了波长、散射系数、吸收系数与气溶胶粒子等效复折射率之间的非线性映射关系,实现了反演实际大气非均匀气溶胶粒子等效复折射率的BP神经网络模型的建模.利用该模型对气溶胶粒子等效复折射率进行了反演,根据反演得到的等效复折射率计算了其光学特征量,计算结果与实测结果基本吻合.     

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.     

Anisotropic two-photon transitions in GaAs/AlGaAs multiple quantumwell waveguides

The two-photon absorption coefficient and induced nonlinear refractive index in both TE and TM modes of GaAs/AlGaAs multiple-quantum-well (MQW) strip-loaded channel waveguides are measured in the wavelength range from 1490 nm to 1660 nm. The two-photon absorption coefficient ranges from almost zero to 12 cm/GW, and the nonlinear refractive index is always on the order of 10^-13 cm ²/W in the wavelength window investigated. Strong nonlinear anisotropy is observed. The values of the two-photon absorption coefficient are obtained by calibrating the inverse transmission measurements. Those of the nonlinear refractive index are obtained by monitoring the signal spectrum broadening due to self-phase modulation. The wavelength dependences of the measured two-photon absorption coefficient and nonlinear refractive index are reasonably consistent with the theoretical predictions     

热处理对SiO2薄膜折射率和吸收特性的影响分析

采用离子束溅射技术,在熔融石英基底上制备了SiO2薄膜,并通过椭偏光谱法和表面热透镜技术研究了热处理对其光学特性的影响。热处理对离子束溅射SiO2薄膜折射率影响较大,随着热处理温度增加,SiO2薄膜折射率先减小后增大,当热处理温度为550 ℃时,折射率达到最小。经过热处理后,SiO2薄膜的弱吸收均得到了降低,在2 ppm(1 ppm=10-6)左右,当热处理温度为550 ℃时,获得的SiO2薄膜弱吸收最小仅为1.1 ppm。实验结果表明:采用合适的热处理温度,能大大改善离子束溅射SiO2薄膜的折射率和吸收特性。