THz射线产生技术及应用最新进展

THz电磁脉冲是由超短激光脉冲选通半导体光导开关后产生的超宽频带电磁辐射,在很多基础研究领域、工业应用领域以及军事领域中有相当重要的应用。作者就THz电磁脉冲的产生技术、探测技术作了较全面的评述。对其若干重要应用研究成果包括THz时域光谱技术(TDS)、THz二维成像技术等也进行了分析。     

THz时域光谱诊断激光等离子体密度和碰撞频率

从电子在THz波电场中的运动方程出发,讨论了THz波在等离子体中的传播规律.从而可以得到由等离子体电子密度和碰撞频率决定的THz波的复折射率.该复折射率决定了THz波在等离子体中的传播,即THz脉冲相位和振幅变化.THz时域光谱系统可以测量THz波传播的相位和振幅,因此可以利用THz时域光谱来诊断等离子体密度和碰撞频率.由于受到等离子体色散关系的限制,该方法测量的等离子体密度有一定范围.在等离子体电子密度位于10~(12)~10~(16)/cm~3之间内,该方法可以得到较好的应用.     

THz辐射的研究和应用新进展

THz频段是一个非常具有科学价值但尚未开发的电磁辐射区域,它的研究涉及物理学、光电子学及材料科学等,它在成像、医学诊断、环境科学、信息通信及基础物理研究领域有着广阔的应用前景和应用价值。当今,获得THz波的方法及THz波的探测研究是THz研究领域的前沿,更是重点。本文综述了THz波的特点、应用领域及发展状况,阐述了THz波的产生方法其探测方法。     

THz时域频谱技术中若干效应的研究

在电磁波谱中所处的特殊位置使得THz波在物理、化学、生物医学、电子科学、材料科学、环境监测等领域有着广泛的应用前景。讨论了THz时域频谱技术的若干关键问题：THz发射晶体的双光子吸收、衍射效应和非线性效应（Kerr效应和类Kerr效应）等对THz产生效率的影响,THz辐射脉冲的载波包络相位差,THz小波变换频谱技术,以及利用光子晶体光纤飞秒激光作为激发源对THz时域频谱系统进行小型化和提高能量的方案。     

THz射线成像技术及其应用

THz射线是介于微波和红外光之间的电磁波,可被用于图像分析系统,实现对物体的无损检测、分析蛋白质等大分子的三维乃至四维结构。本文介绍了THz射线的概念、特点、应用及其发展前景。     

THz透过色散介质的FDTD分析

时域有限差分(FDTD)计算方法,已经被应用在解由飞秒脉冲激光器激励的THz电磁场辐射的Maxwell方程中,文中介绍了一种德拜模型,此德拜模型方法能准确地在一个较宽的频率带上,描述许多类型的生物组织.通过此模型,分析了THz脉冲通过色散介质时的传播情况.并经过对比说明THz成像(TPI)在物品检测,癌症判断以及其他应用的可能性.     

成像光谱仪的光谱分辨率技术

遥感技术自问世30多年来,以应用为导向,技术方法与手段日臻完善,应用深度和广度不断拓展.遥感技术正在向\"多尺度、多频率、全天候、高精度、高效快速\"的目标发展.美国、日本、印度及欧洲等国的卫星遥感计划大部分都是以环境监测与资源管理为主要目的,区域环境、资源调查及其动态监测是与各国当前利益密切相关的遥感应用领域.实现对地球资源环境的实时、动态、连续观测对遥感技术本身也提出了新的挑战,这些计划均提出了更高的技术指标,如更高的光谱分辨率、空间分辨率、全天候观测等等.这些以应用为导向的卫星计划必将有力地推动技术成果进入市场,以应用为导向也必将加速各种技术系统的实用化,使人类对自己生活的地球有更加全面、及时、客观、清晰的认识和了解.     

金星表面THz遥感探测

从“金星快车可见光与红外热成像光谱仪（VIRTIS）载荷成功地实现了对金星表面辐射探测”事实出发,利用高分辨率传输分子光谱数据库（HITRAN）,仿真验证了金星大气模型相适应的近红外大气窗口,从而分析并获取了金星 THz 大气窗口。与此相适应,从实现金星地表全天候遥感探测科学目标出发,系统阐述了金星大气 THz窗口下探测的优势,提出多功能金星遥感构想。     

太赫兹时域光谱技术

太赫兹时域光谱技术是最新的太赫兹技术,它基于宽波段太赫兹脉冲,可同时获得太赫兹波形的幅度和相位信息,在材料的远红外物性研究中有重要应用。本文涉及太赫兹时域光谱技术的基本特征、发射、探测技术和主要应用。     

太赫兹时域光谱仪在陶瓷涂层及低压气体检测中的应用

太赫兹时域光谱仪(Terahertz Time-Domain Spectrometer, THz-TDS)在光谱学、材料表征、安检、通信等众多领域具有广阔的应用前景。首先介绍了一种稳定的1560 nm光纤短脉冲激光器及其用于THz-TDS系统的集成。然后用该THz-TDS系统对几种陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composites, CMC)进行了无损检测。特别是在对热障涂层的厚度进行检测时,实现了微米量级的检测精度。与传统方法相比,太赫兹波对CMC具有较强的穿透性并且应用灵活,因此可提供更好的解决方案。最后,采用太赫兹异步光学采样(Terahertz ASynchronous OPtical Sampling, THz-ASOPS)系统对低压水蒸气进行了高分辨率光谱分析。结果表明,该系统的光谱分辨率达到10 MHz,比传统的THz-TDS提高了100倍以上。     

太赫兹成像技术的实验研究

建立了一套透射式逐点扫描太赫兹(THz)辐射成像装置,它采用<100>-InAs晶体作为高功率、宽频谱的THz辐射源和高灵敏度、低噪声的电光取样差分探测方法,具有对隐蔽在非透明电介质材料内物体成像的能力.并且,系统能够获得成像物体上每一点的光谱数据,可以对物体进行光谱成像.利用多种基于傅立叶变换的数据处理方法给出了葵花籽样品的透射图像,并对其中的几种进行分析和对比.全面介绍透射式逐点扫描THz成像的关键技术,包括成像装置、光束测量、数据处理和分析等几个方面,对有效利用THz成像技术和开展THz成像领域的相关研究具有指导意义.     

用于空间领域的太赫兹技术研究概况

作为电磁波中从红外光到微波的过渡区,太赫兹波所具有的独特性能已得到了人们的广泛认识。随着太赫兹辐射源、太赫兹探测器等单元技术研究的不断成熟,美国、欧洲和日本已率先将其应用于空间天文观测、深空探测和对地气象环境监测等领域。重点总结了这些应用中的技术发展情况,并简要分析了太赫兹雷达与通信技术的研究状况和应用前景。     

运用太赫兹时域光谱技术定量分析柴油的含硫量

测量柴油样品的太赫兹时域光谱并对其含硫量进行了定量计算.在0.2 ～1.5 THz范围内,柴油的吸收系数随着太赫兹频率和硫含量呈规律性递增.基于这一变化关系建立起了硫含量与太赫兹吸收系数和频率的多元非线性模型,通过测量柴油的太赫兹光谱代入此模型即可计算出柴油的硫含量.这一结果为太赫兹时域光谱技术应用于柴油含硫量的无损快速检测奠定了理论基础,显示出巨大的应用前景.     

小孔径螺旋型光电导天线的太赫兹辐射特性研究

研究了小孔径螺旋型光电导天线的太赫兹辐射特性.利用太赫兹时域光谱技术测量了螺旋型光导天线辐射的太赫兹波谱,得到了其时域发射光谱.通过快速傅里叶变换得到相应的频域光谱,同时对两种不同孔径螺旋天线的太赫兹辐射特性进行了比较.实验结果表明,太赫兹信号强度会随偏置电压的增大而增强;在偏置电压和泵浦光功率相同的情况下,较小孔径的...     

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.     

金属平板的太赫兹雷达散射截面测量

为了测量金属平板的雷达散射截面,分别采用了太赫兹时域光谱系统和0.1 THz连续波测量系统两种方法进行测量,并从理论上分析了雷达散射截面测量模型。结果表明,对于太赫兹时域光谱系统,随着测量频率和角度的增加,其误差在增大;对于0.1 THz连续波测量系统,随着角度的增加,误差增大,随着被测目标尺寸增大,误差先减小后增大,实验最小误差均可达到-0.244dB。利用太赫时域光谱系统及0.1 THz连续波测量系统测量雷达散射截面均是可行的。太赫兹时域光谱系统具有频率取值范围大、角分辨率高的特点;而0.1 THz连续系统系统结构简单、成像速度快、使用方便。     

Investigation of aqueous acetone solution with THz pulse spectroscopy

The absorption spectra from 0.2 to 1.7 THz of five water-acetone mixtures,whose concentrations are 0％,25％,50％,75％,and 100％,has been investigated by THz time-domain spectroscopy (THz-TDS).The result ind...