太赫兹脉冲大气传输衰减特性

太赫兹大气传输是太赫兹科学技术及其应用的重要组成部分,渗透于所有的太赫兹应用技术领域。研究基于辐射传输、色散理论和Van-Vleck Weisskopf线型,结合喷气推进实验室(JPL)数据库,建立了太赫兹脉冲大气传输衰减与色散模型,对0.1 THz~1 THz频段太赫兹辐射在水汽中的吸收衰减特性进行了数值模拟研究,与现有的文献数据进行了比对。通过计算太赫兹脉冲大气传输,分析不同水汽密度和传输距离对波形幅值、相位及频谱特性的影响,得到了3个比较稳定的太赫兹脉冲大气传输窗口0.14 THz~0.17 THz、0.19 THz~0.32 THz和0.32 THz~0.37 THz,为太赫兹通信和时域太赫兹空间传输提供了理论参考。     

一种太赫兹微流控芯片

很多生物大分子和糖类的特征振动模式恰好位于太赫兹频段内,使得太赫兹成为一种有潜力的生物化学传感工具。水对于生物分子发挥其功能有着至关重要的作用,而由于水对太赫兹辐射有极强的吸收性,研究液体样品的太赫兹透射谱很难。设计了一款太赫兹微流控芯片,以石英片作为基底,利用光刻技术在石英片上制作出高度50 μm的微流通道,从而减少水的吸收;聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为盖膜与石英片键合后打孔。分别在太赫兹时域光谱系统中测量了芯片的透过率、水的吸收系数以及折射率,在透过率高于30%的0.2 THz~1 THz频段内水的吸收系数没有明显峰值出现,且随着频率的增加而单调递增,与前期考察结果一致。此微流控芯片有潜力用于液体在0.2 THz~1 THz频段内的光谱测量,实现对小剂量生物化学液体样品的实时、无标记传感。     

煤炭标准物质的太赫兹光谱聚类分析

作为一种广泛应用的化石能源,煤炭的在线监测非常必要。太赫兹技术是一种有效的在线检测方法,可作为传统技术的补充手段应用于煤炭的表征。基于9种煤炭标准试样的太赫兹时域光谱,计算了不同煤炭在0.1 THz~1.5 THz频段的折射率和吸收系数谱。将该频段内所有折射率和吸收系数数据作为输入变量,分别进行聚类分析,根据聚类结果,对应煤炭标准物质的已知参量,证明碳含量是影响煤炭折射率的主要因素,氢氮含量是影响吸收效应的主要因素。结果表明,太赫兹光谱结合聚类分析方法可对煤炭之间的相似性和相异性进行定性分析,为煤炭工业中的实时在线监测提供技术支持。     

基于肖特基二极管的太赫兹功率探头研究

目前的太赫兹功率探头主要采用热敏电阻和热电偶作为功率检测器件,测量速度较慢。肖特基二极管具有较快的检波速度,但是在太赫兹频段检波灵敏度降低,功率检测实现的难度很大,本文对基于肖特基二极管的太赫兹功率探头设计技术进行研究,采用双平衡检波、渐变波导匹配、小信号斩波放大、温度补偿等技术,实现了肖特基二极管在太赫兹频段的高灵敏度、高稳定性功率检测,试验结果表明:0.11THz~0.325THz频段端口驻波比优于1.35,灵敏度优于-40d Bm。     

基于肖特基二极管的太赫兹功率探头研究

目前的太赫兹功率探头主要采用热敏电阻和热电偶作为功率检测器件,测量速度较慢。肖特基二极管具有较快 的检波速度,但是在太赫兹频段检波灵敏度降低,功率检测实现的难度很大,本文对基于肖特基二极管的太赫兹功率探 头设计技术进行研究,采用双平衡检波、渐变波导匹配、小信号斩波放大、温度补偿等技术,实现了肖特基二极管在太 赫兹频段的高灵敏度、高稳定性功率检测,试验结果表明：0.11THz~0.325THz 频段端口驻波比优于1.35,灵敏度优于 -40dBm。     

基于混合算法优化太赫兹波段的开口共振器

开口共振器是电磁超材料的基本单元结构之一。本文应用基于微分进化策略和蚁群优化的混合算法,对在太赫兹频段下开口共振器的结构参数进行设计,以降低其回波损耗。数值模拟结果表明,在1.04 THz~1.16 THz内,优化后结构所得的回波损耗(|S11|)下降了50%,验证了本文优化设计方法的正确性和可行性,对太赫兹超材料的结构设计具有一定的参考意义。     

基于太赫兹辐射的甘草主成分光谱分析

采用透射式太赫兹时域光谱系统测试了甘草主成分甘草酸、甘草次酸以及甘草苷的太赫兹光谱,发现甘草酸、甘草次酸以及甘草苷在0.3～1.72 THz频段内具有明显的吸收特征,此频段内它们的太赫兹吸收峰峰位接近、吸收谱谱线相似.利用量子化学方法模拟甘草酸的太赫兹吸收谱,并与实验谱进行对比指认完成对3种单质的定性分析工作.本文分别...     

太赫兹矩形波导与共面波导耦合结构设计

太赫兹（THz）波位于微波与红外光波之间,现有微波和光波段波导技术应用正在向THz波段拓展。但是,由于水汽对THz波的强吸收及制造工艺等原因,THz器件主要是平面结构,而THz源及其传输需要用矩形波导。因此,矩形波导与共面波导之间的转换结构成为决定元件和系统性能的关键部分。该设计利用脊波导进行阻抗匹配及电磁场模式转换,实现THz波矩形波导到共面波导的高效率耦合。结果表明,在0.2~0.4 THz频段内,该转换结构的传输系数(S₂₁)高于?3 dB,可以对THz电磁场进行高效率转换。该结果可用于太赫兹分子探测、太赫兹通信等领域,为0.2 THz以上太赫兹的模式转换提供了一种可行方案。     

基于时域光谱技术的材料特性研究*

材料的介电特性是器件和电路设计的基础。随着设计频率进入太赫兹频段,材料特性变得未知,缺乏相应的测 试数据。利用太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术对常用的材料进行测试并给出相应的测试结果。首先给出了材料特性测量的 原理与计算公式,并利用该方法对微波板材Rogers RT/Duroid 5880,FR4_epoxy 及不同电阻率的硅基材料在太赫兹频段的介质 特性进行了测量和实验分析,得出了这4 种材料在太赫兹频段的相对介电常数及损耗角正切。其中,高阻硅的损耗最低,其次 为Rogers RT/Duroid 5880 板材,而FR4_epoxy 板材则在0.3~0.4 THz 存在明显的吸收峰。最后,讨论了这些材料在太赫兹频段 的应用前景。     

基于小波变换的爆炸物太赫兹光谱降噪分析

采用太赫兹时域光谱技术(terahenz time-domain spectroscopy,THz-TDs)对钝感RDX(黑索金)和HMX(奥克托金)炸药在0～2.5 THz频段的太赫兹吸收光谱进行了探测.得到了待测样晶的太赫兹吸收光谱,确定了其特征吸收峰的位置,与其他研究机构所测吸收谱进行了对比分析.结果表明,利用太...     

Temperature Dependent Terahertz Spectroscopy of Allopurinol

We report terahertz (THz) characterization of allopurinol over a broad frequency range of 0.2 THz to 20 THz at different temperatures. The combined use of THz time domain spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy provides complete coverage of the whole terahertz range. The results show that allopurinol has many prominent absorption signatures within terahertz range, which are determined by the structure and properties of the sample. The absorption spectra from room temperature to below liquid nitrogen temperatures are obtained. The observed blue shifts of the absorption fingerprints at low temperatures are analyzed by Bose-Einstein distribution.     

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。     

不同行程下水蒸汽太赫兹传输特性

太赫兹波具有独特的性质和应用,却存在大气衰减等物理上的限制.由于太赫兹波在大气传输中主要衰减来自水蒸汽,文中采用太赫兹时域光谱技术,通过构建不同行程的太赫兹时域光谱系统(0.5m、1m、2m、3 m),在0.1~2.0 THz 频率范围内,分别对不同湿度的空气进行太赫兹时域光谱测量,获得了25 个水吸收峰和10 个太赫兹窗口.结果表明:随着传输行程或湿度的增加,吸收谱带被展宽、太赫兹窗口被压缩,为超宽谱太赫兹波的潜在应用提供依据.     

丁基羟基茴香醚的太赫兹时域光谱检测与分析

利用太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术对食品添加剂丁基羟基茴香醚（BHA）及其与聚乙烯不同配比的混合物进行了检测,获得了其在0.2-2.6THz波段的吸收谱和折射率谱。实验结果表明,在此波段内该物质有三个明显的吸收峰,分别位于0.64THz,1.14THz和1.81THz,该指纹谱可用于THz波段该物质的检测与识别。此外,利用最小二乘法对混合物太赫兹光谱峰位的吸收系数和质量分数进行线性拟合,结果表明聚乙烯中丁基羟基茴香醚的含量与太赫兹光谱的相关系数大于0.98。最后,用密度泛函理论对单分子丁基羟基茴香醚进行了数值计算,表明太赫兹指纹谱与分子构型和分子内部运动有关系。     

Terahertz spectroscopy of snap-frozen human brain tissue: an initial study

A report is presented of a novel study on the use of terahertz (THz) spectroscopy to distinguish between healthy and diseased snap-frozen tissue samples obtained from three regions of the human brain. The diseased tissue samples are neuropathologically diagnosed as containing abnormally high numbers of protein plaques consistent with Alzheimerpsilas disease. As protein structures have been successfully probed elsewhere using THz radiation, it is expected that the collective vibrational modes of protein plaques can be detected in the THz frequency range. Furthermore, measurements of frozen samples assist in removing uncertainties caused by the presence of water in the sample. Results show some distinction in the THz absorption spectra, which could be attributed to pathological changes in the diseased tissue.     

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.     

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。     

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.     

太赫兹技术对二氯苯胺两种同分异构体的检测

采用太赫兹时域光谱技术测量了3,4-二氯苯胺和2,5-二氯苯胺在0.2～2 THz波段的吸收谱,3,4-二氯苯胺在1.00 THz,1.48 THz,1.88 THz处有3个吸收峰,2,5-二氯苯胺在0.83 THz,1.04 THz,1.17 THz处有3个吸收峰,吸收峰峰位强度也有明显不同。采用密度泛函理论进行理论光谱计算,理论光谱与实测光谱一致性良好。结果表明通过太赫兹时域光谱技术可以实现3,4-二氯苯胺和2,5-二氯苯胺2种同分异构体的指纹检测,为太赫兹波段有明显特征吸收峰的毒性物质检测提供了一种快速、准确的方法。     

钝感RDX及HMX炸药的太赫兹光谱分析

采用太赫兹时域光谱技术（Terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS）对钝感RDX（黑索金）和HMX（奥克托金）炸药在0～2.5THz频段的太赫兹吸收光谱进行了探测.得到了待测样品的太赫兹吸收光谱,确定了其特征吸收峰的位置并与其他研究机构所测吸收谱进行了对比分析.实验结果表明：利用THz-TDS技术可以对炸药进行检测和识别,同时可以对样品组成的细微变化进行分析和鉴别.为利用THz-TDS技术研究其他爆炸性物质,建立爆炸物的指纹谱库提供了科学依据.