太赫兹技术的研究和展望

太赫兹(THz)波是指频率在0.1—10THz(波长为3 000—30μm)范围内的电磁波,它在电磁波谱中占有很特殊的位置,处于电子学向光子学的过渡区域.THz辐射具有很多优越的特性,具有重要的学术价值和应用价值.本文介绍了太赫兹探测技术的研究与发展概况,简要阐述了太赫兹波的探测方法、主要特点、重要的学术应用价值和主要产品,并综述了国内外在太赫兹波领域的研究进展,对未来的发展与应用进行了乐观的展望.     

还原型及氧化型谷胱甘肽的太赫兹时域光谱研究

利用太赫兹时域光谱技术研究了还原型及氧化型谷胱甘肽在0.2-1.4THz波段的光谱特性,结果显示它们在测量波段表现出不同的吸收位置和吸收强度,同时折射率也表现出明显的差异,表明THz波对它们结构的变化有灵敏响应。研究提示太赫兹时域光谱技术作为一种新的光谱研究手段具有用于多肽及蛋白质等生物大分子结构与功能研究的潜力。     

太赫兹科学技术的研究和应用新进展

太赫兹波技术在物理、化学、生命科学等基础研究学科,以及医学成像、安全检查、产品检测、空间通信、武器制导等应用学科都具有重要的研究价值和应用前景。从THz辐射源、THz波的检测及标定、THz波与物质相互作用和THz波的应用4个方面概述了太赫兹科学技术的研究和应用新进展。     

太赫兹技术在纺织检测中的应用

太赫兹波(THz)是一个位于微波与红外辐射间特定波段的电磁辐射的统称。近年来,随着固态震荡器与超快激光等技术的发展,提供了稳定可靠的太赫兹发射源,使得太赫兹技术有了飞速发展,在国民经济各领域有了广泛应用。本文简要介绍THz波的主要性质和产生原理,并从纺织材料检测及鉴别等方面介绍了THz波在纺织检测的应用前景。     

Terahertz磁波参量振荡器辐射THz波受温度的影响

从THz波增益、吸收系数、折射率几方面,讨论了THz电磁波参量振荡器辐射THz波受温度的影响,从而得到THz波增益随温度的升高而降低主要原因,是由于LiNbO3晶体中A1对称光学软模的拉曼活性降低所导致,这为今后太赫兹(THz)波参量振荡器的优化设计提供了参考价值.     

烟火药剂中三种常用氧化剂的太赫兹谱研究

为了探索烟火药剂中常用氧化剂的太赫兹谱,利用量子化学模拟计算烟火药剂中常用氧化剂氯酸钾、高氯酸钾和硝酸钾的太赫兹频率吸收范围和特征吸收峰.并用太赫兹时域光谱系统实际测量得到了这些氧化剂以及含高氯酸钾烟火药剂在0.2～2.5THz频谱范围内的吸收光谱峰值位置.氯酸钾在0.2～2.5THz波段的特征吸收峰为2.4THz,纯高氯酸钾和含高氯酸钾混合烟火药剂都在2.0THz和2.2THz处分别具有明显的特征吸收峰,硝酸钾的特征吸收峰位于1.8THz和2.3THz处.理论计算与实验测量结果对比表明,三种氧化剂在0.2～2.5THz波段的特征吸收峰有较好的一致性.     

基于太赫兹时域光谱技术的地沟油检测与识别

油脂大分子的振动和转动频率均处在太赫兹波段,与太赫兹波相互作用可产生共振反应,因此太赫兹时域光谱技术（THz TDS）可以快速灵敏地实现正规油和地沟油的检测与识别。通过对正规油（全新采购）、类地沟油（煎炸处理）和地沟油（回收处理）在0.3~1.6 THz波段的时域和频域光谱进行对比,并分析其延迟时间、折射率、吸收系数和吸收峰等光学参数的差异,提取了地沟油的太赫兹光谱的特征信息,为地沟油的检测与识别提供了实验依据和有效方法。结果表明,利用光谱特征信息和地沟油特有官能团信息,太赫兹时域光谱技术可有效区分正规油与地沟油。     

太赫兹技术及其应用

太赫兹（Terahertz,THz）通常是指频率在0.1～10 THz（波长为0.03～3 mm）的电磁波。太赫兹技术被认为是国际电子和信息领域的重大科学问题,是连接宏观电子学和微观波长学的桥梁,在电子、信息、生命、国防、航天等方面蕴藏着巨大的应用前景,目前已经在全世界范围内形成了一个THz技术研究高潮。介绍了太赫兹波的主要特征、主要研究内容及其应用前景。     

太赫兹技术及其应用

太赫兹(Terahertz,THz)通常是指频率在0.1～10THz(波长为0.03～3mm)的电磁波。太赫兹技术被认为是国际电子和信息领域的重大科学问题,是连接宏观电子学和微观波长学的桥梁,在电子、信息、生命、国防、航天等方面蕴藏着巨大的应用前景,目前已经在全世界范围内形成了一个THz技术研究高潮。介绍了太赫兹波的主要特征、主要研究内容及其应用前景。     

太赫兹单光子探测器

太赫兹波探测技术在天文、国防、安检以及生物等领域发挥着越来越重要的作用.随着技术的发展,太赫兹探测器的灵敏度在不断提高,目前已经发展到单光子探测水平.在太赫兹频段,由于光子能量低,传输损耗较大,太赫兹单光子探测器的研制开发面临极大的技术挑战.本文首先介绍了太赫兹单光子探测器的基本原理、主要指标和测试系统并提出了实现太赫兹单光子探测的基本要求.然后,介绍了几种常见的太赫兹单光子探测器,包括半导体量子点探测器、量子阱探测器以及超导量子电容探测器,并对这些器件的发展历史、工作原理和性能指标进行了概述.半导体量子点探测器以及量子阱探测器可以实现10-21W/Hz1/2量级的噪声等效功率,并且具有很大的电流响应以及动态范围,但是其量子效率较低.超导量子电容探测器目前已实现1.5 THz的单光子探测,其噪声等效功率优于10~(-20)W/Hz~(1/2)并且探测效率可达90%.此外,纳米测热辐射计等太赫兹探测器也展现了太赫兹单光子探测的前景,本文对其工作原理和发展现状进行了介绍.结合目前国际上的重大研究项目以及报道的应用实例分析了太赫兹单光子探测器在太赫兹成像、天文观测、量子信息等领域的应用前景,阐述了太赫兹单光子探测器在这些应用中的优势.最后,对太赫兹单光子探测器的性能指标进行了总结并对未来的发展趋势进行了展望.     

GaP晶体辐射太赫兹波物理机制的理论研究

基于耦合场量子的角度研究GaP晶体辐射太赫兹波的物理机制,报道了一种分析非线性光学晶体产生太赫兹波的方法。GaP晶体产生太赫兹波的物理基础在于它的耦合场量子色散曲线。采用了密度泛函理论,并结合耦合量子色散关系,得到GaP晶体的耦合场量子色散曲线。当散射角为2°~11°时,色散曲线的一部分落在太赫兹频段（2.5~9.1THz）,表明了GaP晶体在理论上能够辐射出频率范围为2.5~9.1THz的宽带太赫兹电磁波。     

太赫兹快速成像技术研究进展

太赫兹(terahertz,THz)成像技术有广泛的应用前景,但受现有太赫兹辐射源限制,传统太赫兹成像技术采用点扫描探测方式,导致图像采集时间过长,限制了该技术的进一步发展和应用.为了提高太赫兹成像速度,近几年提出了许多技术方案.简要介绍了传统的点扫描太赫兹成像技术,分析了影响太赫兹成像速度的原因,综述了包括快速扫描成像、太赫兹单像素成像、太赫兹波电光调制二维成像、二维太赫兹波探测器阵列(太赫兹相机)直接成像等太赫兹成像技术及其优缺点.     

太赫兹频段高折射率超材料的设计和特性研究

设计了太赫兹频段的高折射率超材料,该结构是通过在介质板的两侧对称的蚀刻"双开口环"型金属贴片而构成.研究结果表明:当电磁波垂直入射的情况下,谐振频率(0.52THz)附近的折射率高达200,且在0.51THz到2THz频段范围内,折射率均大于70.该超材料具有结构简单、便于加工,宽带等优点,在太赫兹波通信、成像等方面有广阔的应用前景.     

三维狄拉克半金属的太赫兹双频超材料吸收器

基于三维狄拉克半金属（3D DSM）的载流子迁移率高、可调谐性好的优点,开展了太赫兹波可调谐双频吸收器（THz MMA）的研制工作.研究表明,通过破坏微结构的对称性,THz MMA可以在太赫兹波段实现近似完美吸收,并且随着非对称度的增加,吸收峰从1.322 THz蓝移至1.721 THz,调制深度为23.2%,共振峰Q因子接近20.此外,通过改变费米能级,3D DSM吸收器的共振谱线可以在很大范围内调节,如费米能级在0.05~0.15 eV内变化时,低频（高频）吸收峰在0.826~0.993 THz （1.098~1.371 THz）内调节,相应的调制深度为17%（20%）.该研究结果对于设计高性能的太赫兹波器,如探测器、滤波器、传感器件等很有帮助.     

加载二氧化钒的太赫兹宽带可调超材料吸波体设计

为了实现太赫兹波调制器件对太赫兹波的快速响应,设计一种基于二氧化钒(VO_2)电阻膜的太赫兹波段宽带可调谐超材料吸波体,研究不同温度时吸波体的吸收率,并通过监控表面电流分布,分析吸波体宽带吸收以及可调吸收的机理。结果表明:吸波体在温度为35℃时表现出宽带吸收特性,吸收率大于90%的频段频率为6.508～9.685 THz,带宽为3.177 THz,通过改变温度可以实现吸波体吸收率的调控;该吸波体对电磁波的吸收具有极化不敏感和宽角度吸收的特点。     

基于THz-TDS技术的钢板锈蚀厚度的无损检测

针对现有无损检测技术对钢板材料早期锈蚀厚度难以实现精确检测的问题,基于非接触无损的太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术,利用太赫兹（THz）波对非极性材料的透射性及对极性金属材料的反射性,测定了锈蚀产物的光学参数信息和钢板的锈蚀层厚度. 试验结果表明,在有效频率0.2~1.6 THz范围内,锈蚀产物的折射率近似为2.8. 反射THz信号的第一相对幅值与样品的锈蚀时间呈对数函数关系,且与锈蚀时间的倒数呈线性关系. 试验结果还表明,钢板样品锈蚀层厚度随锈蚀时间的增加呈线性递增关系,且利用THz技术测定的厚度值准确率达到90%以上. 从而证明了非接触式THz-TDS技术对钢板锈蚀厚度检测的可行性和精确性.     

太赫兹应用技术

太赫兹频段是光子技术与电子技术、宏观状态与微观状态之间的过渡区域,表现出一系列不同于其他电磁辐射的特殊性能.THz波频率很高,因而其空间分辨率很高;THz脉冲很短,因而THz辐射又具有很高的时间分辨率.THz时域光谱技术和THz成像技术就构成了THz应用的两个主要关键技术.     

基于狄拉克半金属超材料的太赫兹吸波体研究

设计了一种基于狄拉克半金属的超材料太赫兹宽频及双频吸波体.该吸波体由三层结构组成,上层为狄拉克半金属层,中间为介质层,底层为金属基底.首先设计了U型的单峰吸波体,该吸波体能够实现在6.02THz处的完美吸收.通过研究单峰吸波体的表面电流分布可知,入射太赫兹能量的吸收主要来自沿U型臂方向上电场引起的电偶极子振荡.然后通过多个吸收峰叠加扩展带宽的原理,设计出了双频和宽频吸波体.仿真结果表明,本文设计的双频吸波体能够在5.33THz和5.86THz处实现94.7%及91%的吸收率,宽频吸波体在5.59THz到5.90THz之间吸收率可达90%以上.同时,利用狄拉克半金属电导率的可调节性,通过改变狄拉克半金属的费米能级,无需优化几何结构和重新制造结构,便可以实现共振吸收峰频率的动态调谐.     

基于超材料的太赫兹角度滤波器研究

提出了一种基于超材料的太赫兹低通角度滤波器,该角度滤波器是一种仅允许法向入射太赫兹波透过而将其他方向传播太赫兹波滤除的器件,其结构为螺旋的左右对称开口的金属双环.仿真结果表明,在0.94 THz频率处,该器件的透射效果随着入射角的增大明显降低,且对法向入射的透射率达到94.4％,3 dB角域带宽达到25.0°.所提出的太赫兹角度滤波器在角度波谱分析、雷达数据处理、隐私保护、高信噪比检测器等领域具有重要的应用前景.     

基于太赫兹时域光谱的3种中药材真伪鉴别

基于太赫兹时域光谱对3组物理形态区分度很小的中药材进行光谱检测,并结合主成分分析(PCA)与K均值聚类算法(K-means)对光谱数据进行差异性对比. 研究结果表明所测真伪品中药的时域信号相对于参考信号有了明显的延迟,真伪品的频域吸收谱差别明显,3组中药的吸收系数及折射率在0.2~1.5 THz内存在明显差异. 对得到的吸收光谱数据进行降维处理,并应用K均值聚类算法得到主成分得分图,3组真伪中药的差别判断率高达100%. 太赫兹时域光谱结合主成分分析在中药真伪的鉴别中具有很好的应用前景,可以直观地得到真伪中草药的差别,具有快速、稳定、准确、无损的优点,对未来相关便携式太赫兹中药品质检测仪器的开发也具有很高的研究价值.