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。     

太赫兹计量研究进展

太赫兹技术的独特性和优越性吸引着众多科学研究者的关注,在生物医药、信息科学、公共安全、量子研究和太空探测等领域具有巨大应用潜力。这些应用的有效性和可信度都需要以太赫兹相关参数的量值溯源为前提。文章以太赫兹光谱、频率、功率和强度等参数为对象,介绍了太赫兹计量研究的最新进展,分析了各种计量技术的特点,以期促进太赫兹计量技术发展,保障太赫兹研究和应用的量值可靠。     

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.     

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.     

1 550 nm激光激发的紧凑型太赫兹时域光谱仪

为开发紧凑、轻质量、高稳定度的光纤耦合太赫兹时域光谱仪(THz-TDS),从色散补偿、非线性效应、偏振效应、天线参数等方面对基于1 550 nm波长的光纤飞秒激光器激发的太赫兹时域光谱系统进行理论及实验研究。结果显示,光纤耦合的光谱仪光谱带宽可达4.5 THz,动态范围达70 dB,质量12.3 kg,光路模块体积250 mm×90 mm×50 mm。进一步测试机械振动及环境温度对仪器的影响,在一定范围内,仪器具有较高的鲁棒性,可适应工业产业应用需求。     

葡萄糖溶液的太赫兹光谱观察

生物有机分子的生物功能必须在其水溶液中实现。太赫兹波对水非常敏感,太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术能够检测生物分子——水分子界面的集体水分子网络动力学变化,是检测和研究生物有机分子溶液的理想工具。本文利用太赫兹时域光谱技术研究了葡萄糖的分子结构,获得葡萄糖及其不同浓度的溶液在室温氮气环境下的太赫兹时域吸收光谱,以及在室温真空环境下的傅里叶远红外光谱(FTFIR)。结果表明葡萄糖溶液对太赫兹波有特征吸收峰,不同浓度的葡萄糖溶液对太赫兹波的吸收各不相同。故使用太赫兹时域光谱技术能够完成葡萄糖及其不同浓度溶液的鉴别。     

宽带太赫兹偶极子光电导接收天线研究

太赫兹光电导天线广泛应用于宽带脉冲太赫兹波的检测,是太赫兹光谱和成像系统中的重要器件。偶极子光电导天线由于其结构简单、制作容易成为使用最广泛的一类太赫兹光电导接收天线。衡量太赫兹光电导探测天线的一个重要指标是其响应带宽。针对偶极子天线的探测带宽,分别对天线臂长为10、50、150 m的偶极子天线及一种作为对比的178 m的蝶形天线（Bowtie antenna）进行了实验及理论研究。结果显示其探测带宽随天线臂长增加而减小,与微波天线理论一致。进一步的,采用商用电磁场数值仿真软件进行建模仿真,仿真结果与理论及实验结果具有很好的一致性,证实数值仿真已在很大程度上模拟出实际天线的特性,从而为优化结构参数制作大宽带和高灵敏度的太赫兹天线提供支持。同时,对超半球硅衬底透镜对天线接收频谱的影响也进行了探讨。     

纸太赫兹半波片的制作和测试

采用普通的打印纸经过简单工艺制作出纸太赫兹半波片。使用太赫兹时域光谱(THzTDS)技术,测量了纸波片在200 GHz~400 GHz的折射率、吸收系数、频谱、消光比、参数C等光学特性随纸波片取向的变化关系,将实验结果与理论分析相结合,发现该纸波片是对频率为282.5 GHz的半波片。     

磺苄西林、舒他西林、美洛西林、替卡西林的太赫兹指纹谱

以一类常用的抗生素-青霉素类抗生素作为研究对象,选取4 种具有代表性的药品磺苄西林、舒他西林、美洛西林、替卡西林,基于太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术,进行实验研究。通过光谱实验及理论分析,获取药品的太赫兹时域光谱,结合傅里叶变换,获得频域光谱及太赫兹吸收系数曲线。结果表明,4 种药品在0.40~1.60 THz 波段存在明显不同的吸收特征。因此,太赫兹光谱技术十分适合检测抗生素这种化学结构有微小不同的药品,并且可以清晰通过吸收峰的位置分辨出抗生素药类的种类。为国家食品药品监督管理提供一种新的可靠的检测技术,且可以以数据库的形式为药品的鉴定提供标准。     

太赫兹波探测器的研究进展

太赫兹技术涉及电磁学、半导体物理学、光电子学、材料科学以及微加工技术等多个学科.太赫兹探测器是太赫兹技术应用的关键器件之一.太赫兹电磁波独特的特点,令太赫兹技术在物体成像、射电天文、宽带移动通信、医疗诊断、环境监测等方面具有重大的科学研究价值和广阔的应用前景.文章介绍了太赫兹探测技术的原理及其应用,并在此基础上分析了太赫兹探测器件的最新进展、性能和发展趋势.     

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。     

光子晶体光纤及其在太赫兹波段的应用

太赫兹(Terahertz, THz)技术作为一项非常重要的交叉前沿学科,给环境检测、生物医学、空间通信等领域带来了深远的影响,但因为THz波导传输性能的影响,THz技术综合发展仍然受到一定限制。光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)作为一种新型THz波导,拥有无限单模特性、色散灵活可调、可控的非线性、高双折射等特性,极大的促进了THz技术的发展。首先根据PCF的结构特点总结了实芯PCF(Solid Core PCF, SC-PCF)和空芯PCF(Hollow Core PCF, HC-PCF)各自的发展历程、导光机理和光学特性;其次,梳理了用于THz波导的PCF存在的问题以及对应的解决方法;然后,着重介绍了PCF在THz时域光谱、THz传输与通信以及THz光纤耦合传感中的应用;最后,对PCF在THz技术的应用做了总结与展望。     

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。     

太赫兹光梳光谱高速数据采集系统

描述一种基于高速光学异步采样(ASOPS)方法的太赫兹光谱数据采集系统,使用两台重频差为50 Hz的飞秒脉冲激光器分别作为泵浦光和探测光;使用LT-InGaAs/InAlAs光电导天线产生和接收太赫兹信号,使用采样率可调、采样模式可选的数据采集系统采集时域信号和获取光谱。试验得到的谱宽为0.06～4 THz,信噪比大于60 dB。在301.6 Msa/s的采样率和50 Hz扫描频率下,试验测量的水蒸气吸收光谱中吸收线的频率与HITRAN数据库中公布的非常接近,最大误差为12 GHz。     

太赫兹技术概述及其应用

太赫兹（Terahertz,THz）通常是指频率在0．1THz-10THz之间的电磁波,其波段介于毫米波和红外波之间。本文概述了太赫兹波的特性及发展状况,简单阐述了太赫兹技术的应用方向及存在的问题,并讨论了其发展前景。     

基于太赫兹技术的复合材料无损检测研究综述

随着高性能复合材料在航空航天和军事等高新领域的广泛应用,对其质量和性能检查的要求愈加引起重视,如何通过各种方法对复合材料进行无损检测成为近年来研究人员关注的热点和研究方向。太赫兹波量子能量低,对大多数非极性物质透明,因此使用太赫兹技术对复合材料进行无损检测有着独特的应用优势。本文基于太赫兹技术的特点,对太赫兹时域光谱和太赫兹成像技术的无损检测分别进行了详细的论述,并总结了目前复合材料的太赫兹无损检测技术发展趋势,最后对其发展前景进行了展望。     

可产生任意偏振方向太赫兹波的光电导太赫兹辐射源

基于太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统,使用两个相互垂直的光电导天线构建了1×2 GaAs光电导太赫兹源阵列。通过调控各个阵元的偏置电压,对其辐射太赫兹波的偏振方向进行研究。结果表明：在已实现光电导发射天线阵列的高效合成以及可同时检测脉冲太赫兹波的振幅、相位及偏振态的探测天线的基础上,通过调控各个阵元的偏置电压分别改变了平行和垂直两个阵元辐射太赫兹波的强度;经过1×2 GaAs光电导太赫兹源阵列在远场的同步合成,可产生不同偏振方向的脉冲太赫兹波,实现了以全电控的方式产生任意偏振方向太赫兹波的光电导太赫兹辐射源。     

太赫兹时域光谱系统检测MCT陶瓷太赫兹性能

通过固相反应法制备MgTiO3-CaTiO3陶瓷,采用太赫兹时域光谱系统测试该陶瓷样品的时域光谱,经过计算得到0.2 THz~2.5 THz频率范围内陶瓷的电容率和吸收系数;介质陶瓷的电容率随烧结温度升高先增大后减小,烧结条件为1 260℃×3 h的陶瓷性能最佳,在1 THz处电容率为18.68,吸收系数为8.52 cm-1,可望应用于太赫兹整机设备中的材料与元器件。     

毒品检测中的“新武器”——太赫兹技术

THz辐射是电磁波谱上新开发的最后一个频率窗口,具有独特的性质,在物理、化学、生物医学、通信、雷达、安全检查等各方面都有广阔的应用前景。由于许多毒品及其相关材料在THz波段具有特征吸收,许多非金属、非极性材料对THz波时透明的,且THz波具有低能性,THz技术在安检中具有巨大的应用潜力。本文重点介绍了THz时域光谱技术和成像技术在毒品检测和识别方面的研究应用,初步探讨了该技术在毒品识别领域应用中的可行性、有效性及今后的发展方向。     

高灵敏度低噪声太赫兹电光探测器研究

本文选用相同光电响应灵敏度的高性能PIN光电二极管,将探测激光信号转换为电流信号,再通过低噪声电流-电压转换将电流信号转换为电压信号,通过采用具有很强共模信号抑制能力的差分放大器,不仅极大地抑制了太赫兹信号本身携带的噪声,也避免了探测激光强度扰动引起的测量误差.差分最后经过带通滤波器控制工作带宽和进行降噪处理,经由主放大器实现太赫兹信号输出.实验表明,该探测器具有高灵敏度、高信噪比、宽工作带宽等显著特点,完全满足了太赫兹时域光谱系统研究的需要.