太赫兹波谱与成像

主要介绍太赫兹技术的两大基本应用领域:波谱技术与成像技术。总结了太赫兹波谱学中的时域光谱技术、时间分辨光谱技术和发射光谱技术以及相关的参数提取原理。介绍了太赫兹成像原理及相关的时域扫描成像、实时成像、层析成像、连续波成像和近场成像等太赫兹成像技术。列举了太赫兹光谱和成像技术在国家安全、生物研究、材料研究、无损检测等方面的应用。     

太赫兹时域光谱技术检测复合材料与金属的脱粘缺陷

基于太赫兹时域光谱技术,提出应用太赫兹脉冲成像技术检测胶接结构中的脱粘缺陷,研究泡沫材料PMI与钢板胶接结构脱粘缺陷的检测。实验采用反射模式,分别对粘合部分与脱粘部分进行数据测试,对比分析发现数据在时域和频域范围均有明显区别。对待测样品进行二维扫描,应用太赫兹时域信号的时间位置幅值、最大值、延迟时间和频域信号不同频点的幅值、所有频点幅值叠加值对待测样品进行成像。研究结果表明基于太赫兹时域光谱技术的太赫兹脉冲成像技术能够检测出泡沫材料PMI与钢板胶接结构的脱粘缺陷;应用太赫兹时域信号的时间位置幅值、最大值、延迟时间和频域信号不同频点的幅值、所有频点幅值叠加值进行成像的结果,均可以分辨出样品的脱粘缺陷;不同的数据信息的成像效果不同。     

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。     

静电喷印技术在太赫兹超表面制备中的应用

近年来,太赫兹技术快速发展,基于超表面的太赫兹器件受到广泛关注,并已应用于太赫兹成像、光谱和生物传感等诸多领域。但太赫兹超表面器件的制备复杂且成本高,而静电喷印技术无需掩模版,成本低、精度高且易于在异形曲面上制作。基于静电喷印技术设计和制备了太赫兹吸波器,并利用太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）对样品进行了性能测试,实验与仿真结果基本相符,在0.098~0.353 THz频段内吸收大于90%。此外,还设计了太赫兹线极化转换器,在0.167~0.355 THz频段内的极化转换大于95%,相对带宽约72%,并分析了所设计样品的制备工艺条件,验证了静电喷印技术对于制备太赫兹极化转换器的可行性。研究成果表明,静电喷印技术在太赫兹超表面器件的制备中具有广泛的应用前景。     

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。     

基于光子晶体光纤飞秒激光器的紧凑型太赫兹时域光谱仪

太赫兹时域光谱技术是基于超快激光技术的新型光谱分析手段,在物理、化学、生物、成像、传感以及毒品检测等多个科研和技术领域有着独有的应用优势.     

太赫兹成像技术研究进展及应用

太赫兹波（terahertz waves）位于红外波段与微波波段之间,相比其他波段具有高透射性、低能量性、相干性、指纹光谱以及瞬态性等特点。随着太赫兹成像技术在空间通信、雷达探测、航天航空以及生物医疗等领域的广泛应用,已经表现出传统成像技术（如可见光、超声波和X射线成像）无法比拟的优势。本文首先对太赫兹时域光谱（THz-TDS）成像技术以及室温（非制冷）微测辐射热计太赫兹成像技术的发展现状进行介绍,再介绍太赫兹成像技术的典型应用,最后指出太赫兹成像技术在发展中存在的限制因素并给出合理的建议。     

太赫兹成像技术研究进展及应用

太赫兹波（terahertz waves）位于红外波段与微波波段之间,相比其他波段具有高透射性、低能量性、相干性、指纹光谱以及瞬态性等特点。随着太赫兹成像技术在空间通信、雷达探测、航天航空以及生物医疗等领域的广泛应用,已经表现出传统成像技术（如可见光、超声波和X射线成像）无法比拟的优势。本文首先对太赫兹时域光谱（THz-TDS）成像技术以及室温（非制冷）微测辐射热计太赫兹成像技术的发展现状进行介绍,再介绍太赫兹成像技术的典型应用,最后指出太赫兹成像技术在发展中存在的限制因素并给出合理的建议。     

模拟沙尘暴条件下的太赫兹辐射传输研究

使用太赫兹时域光谱技术研究了太赫兹脉冲对模拟沙尘的透射特性,得到不同沙尘条件下信号的透射光谱.同时还进行了沙尘条件下传送成像信号实验,得到比较清晰的像.结果表明太赫兹脉冲能够在沙尘条件下传输太赫兹图像.     

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。     

室温微测辐射热计太赫兹探测阵列技术研究进展(特邀)

在室温太赫兹探测技术领域中,热敏微桥结构的太赫兹探测器具有探测波段宽、阵列规模大、集成度高、实时成像等显著特点。文中对室温太赫兹探测技术、基于热敏材料的太赫兹探测技术国内外发展现状进行了综述,分析了基于氧化钒薄膜微桥结构的非制冷长波红外焦平面探测技术,存在着太赫兹波低吸收探测性能弱的不足,针对太赫兹波探测进行优化设计,同时介绍了电子科技大学在太赫兹探测阵列吸收结构方面的部分研究工作。     

Semiconductor Diode Lasers for Terahertz Technology

We discuss different concepts for generating terahertz (THz) radiation with semiconductor diode lasers. Photomixing enables the generation of continuous wave THz radiation by difference frequency generation of two lasers or of two-colour lasers. Pulsed THz radiation for time domain THz spectroscopy is generated with modelocked diode laser systems including amplification and chirp compression. Finally, we analyse the concept of quasi time domain spectroscopy based on broadband diode laser systems.     

被动毫米波焦面阵成像技术

以安全检查为背景,研究了近距离被动毫米波焦面阵成像的关键技术.其中包括采用基模高斯波束法结合几何光学法分析系统准光路;设计多波束宽角扫描透镜天线;提出一种新型结构的介质棒天线,该天线易于排成紧密阵列且能够为透镜提供良好的照射;研制工作于Ka频段的高灵敏度、小型化直接检波式辐射计等.给出了20通道被动毫米波焦面阵成像系统...     

太赫兹电磁生物效应及生物表征技术研究

太赫兹因其自身优异的穿透性和非电离特性受到研究人员的广泛关注。本文根据研究对象属性的不同,将太赫兹生物效应分为细胞膜的通透性、离子通道和基因表达三个层次的内容;又介绍了生物神经信号的研究进展;最后根据检测方式和信号处理方法的不同,将太赫兹生物表征技术分为太赫兹光谱技术和太赫兹成像技术两大类。目前,太赫兹生物领域的研究尚处于起步阶段,本文尝试较为全面的对太赫兹生物效应、生物神经信号以及生物表征技术等领域的成果进行归纳和总结,旨在为太赫兹生物方面的研究提供参考。     

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。     

3毫米波十六通道焦平面辐射计数据采集与测试系统设计

为了研究无源毫米波成像特性,在毫米波辐射计成像系统理论和焦平面线阵扫描体制基础上,开发了3毫米波十六通道的辐射计数据采集与测试系统,给出了详细的硬件设计方案,实现了十六通道数据采集、传输、预处理和成像测试。最后通过成像试验,实现了7秒/帧的成像速率。得出的结论对研究无源毫米波实时成像具有指导意义。     

THz波微结构器件特性的研究

在电磁波谱中所处的特殊位置使得THz波在在物理、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。综述了THz波微结构器件特性方面的研究工作。亚波长金属周期微结构器件的THz波谱选择增强透射现象,亚波长环形槽金属线上的THz等效表面等离子体激元,以及THz光子晶体光纤。     

太赫兹波传播过程中横模分布的成像

研究了焦点位置附近太赫兹波的横模分布,目的在于了解系统中太赫兹波的横向分布情况,为进行太赫兹光谱和成像实验提供依据。通过太赫兹波逐点扫描成像,对经常被用来放置测试样品位置附近的太赫兹波横模分布情况进行了定性的分析。利用“狭缝法"测量了太赫兹光束的束宽。结果表明,太赫兹波在焦点附近不同位置的横向分布有较大差异,在焦点处对应于最长波长1.5 mm的最小光斑直径约为1.0 mm,这说明太赫兹波的聚焦有一定的限度。实验确定了系统中放置样品的最佳位置,对开展太赫兹光谱和成像研究有参考价值。     

理想介质中太赫兹波传输过程仿真

THz波与介质之间的相互作用及其在介质中的传输特性是THz技术研究领域内的基础问题,是THz辐射探测、成像及无损探测等系统设计的重要依据。针对介质中THz波传输问题,从电磁传输理论出发,同时结合国内外相关文献中的实验结果报道,利用系统分析的思想,分别构建了THz波在均匀介质和理想缺陷介质中的传输模型,并给出了相应的系统传输函数,最后结合仿真实验,对上述传输模型的有效性与合理性进行了验证和分析。仿真结果符合基本的物理规律,且与实际观测现象具有较好的一致性,因此所做工作及结论,对于深化THz波与介质相互作用及传输机理的认识均具有一定的借鉴意义。